Molecular Devices Axoclamp 900A User Manual

Computer-controlled microelectrode amplifier
Table of Contents

Advertisement

Quick Links

800.998.MATE
|
www.autom8.com
t e l
5 1 0 . 8 4 5 . 6 2 8 3
User Guide for 
Axoclamp
 
Computer‐controlled 
Microelectrode Amplifier
 
 
 
 
Molecular Devices Corporation 
Sunnyvale, California 94089 
Part Number 2500‐0179   Rev. A 
|
6 5 0 Un i ver si t y Ave # 5 , Ber k el ey, CA 9 4 710
|
f a x
5 1 0 . 6 6 5 . 3 9 7 5
 900A 
|
e - m a i l
i n f o @ a u t o m 8 . c o m
 
 
USA
 
 
 

Advertisement

Table of Contents
loading
Need help?

Need help?

Do you have a question about the Axoclamp 900A and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Summary of Contents for Molecular Devices Axoclamp 900A

  • Page 1 800.998.MATE www.autom8.com 6 5 0 Un i ver si t y Ave # 5 , Ber k el ey, CA 9 4 710 t e l f a x e - m a i l i n f o @ a u t o m 8 . c o m 5 1 0 .
  • Page 3 Copyright   © Copyright 2006, Molecular Devices Corporation. All rights reserved. No part of  this publication may be reproduced, transmitted, transcribed, stored in a retrieval  system, or translated into any language or computer language, in any form or by  any means, electronic, mechanical, magnetic, optical, chemical, manual, or  otherwise, without the prior written permission of Molecular Devices Corporation,  1311 Orleans Drive, Sunnyvale, California, 94089, United States of America.    Trademarks Axoclamp 900A is a trademark. Digidata and pCLAMP are registered trademarks  of Molecular Devices Corporation. All other trademarks are the property of their  respective owners.  Technical Assistance  For technical assistance, product comments and feedback, or help to resolve a  problem, please  visit Molecular Devices Technical Support webpage at  or you may reach us by phone at   www.moleculardevices.com/pages/support 1‐800‐635‐5577 (US only); elsewhere, contact your local representative.   Disclaimer  Molecular Devices Corporation reserves the right to change its products and  services at any time to incorporate technological developments. This user guide is  subject to change without notice.   Although this user guide has been prepared with every precaution to ensure  accuracy, Molecular Devices Corporation assumes no liability for any errors or  omissions, nor for any damages resulting from the application or use of this  information.  i ...
  • Page 5   iii ...
  • Page 7: Table Of Contents

    Contents  Table of Contents  Chapter 1: Introduction........................1 Chapter 2: Installation and Basic Operation................5 Installation ............................5 Check List ........................... 5 Installing Hardware ........................6 Installing the Axoclamp 900A Commander................6 Input/Output Connections ......................8 Front Panel..........................8 Rear Panel ........................... 9 Overview ............................11 Axoclamp 900A Commander Interface Overview .............. 12 Toolbar ............................12 Meters ............................13 Mode Buttons ........................... 13 Mode Tabs..........................
  • Page 8 User Guide for Axoclamp 900A  Power Supply ..........................21 Supply Voltage Selection ......................21 Changing the Fuse ........................22 Glitches............................22 Grounding and Hum ........................23 Chapter 3: Setup and Tutorials..................... 25 Checklist............................25 Axoclamp 900A and Axoclamp 900A Commander Setup............. 26 Tutorial 1: Current Clamp (IC) ....................28 Tutorial 2: Discontinuous Current Clamp (DCC) ..............34 Tutorial 3: Discontinuous Single‐Electrode Voltage Clamp (dSEVC)........37 Tutorial 4: Two‐Electrode Voltage Clamp (TEVC) ..............41 I. TEVC Using the CLAMP‐1U Model Cell ................41 II. TEVC Using the MCO‐2U Oocyte Model Cell and VG‐9A Bath Clamp ..... 46 DC Restore ..........................49 Tutorial 5: Auto Mode Switching ....................
  • Page 9 Contents  Headstages............................ 70 HS‐9A Series ..........................70 VG‐9A Series ..........................70 Current Clamp Circuit ......................71 Mounting the Headstage ......................72 Bath Connection........................72 Static Precautions........................72 Acoustic Pick‐up ........................72 Compatibility of the HS‐2 and HS‐2A with the Axoclamp 900A........73 General Characteristics ......................73 The Meaning of H ........................74 Guidelines for Selecting a Headstage..................75 Headstage Connection ......................77 Interchangeability ........................77 Cleaning ............................ 77 Input Leakage Current......................
  • Page 10 User Guide for Axoclamp 900A  Virtual‐Ground Current Measurement .................. 112 Chapter 5: Commander Reference ..................... 115 Always On Top .......................... 115 Bridge Balance..........................115 Bridge Balance Overview ..................... 116 Bridge Balance in the Bath....................118 Bridge Balance in the Cell..................... 118 Buzz ............................. 119 Clear ............................120 Configure SoftPanel ........................120 Default SoftPanel Settings ....................121 How to Configure SoftPanel ....................121 Detect Oscillation........................123 Current Clamp ........................123 Voltage Clamp........................124 Current Injection Resistor, R ....................
  • Page 11 Contents  Return to Current Clamp...................... 136 Options / Audio ......................... 137 Mute............................138 Volume ............................ 138 Audio Mode..........................138 Audio Signal........................... 139 Options / Quick Select....................... 139 Options / About ......................... 140 Output Offset ..........................140 How to Use Output Offset....................141 Additional Notes........................142 Pipette Capacitance Neutralization..................142 Input Capacitance ........................142 Adjusting Capacitance Neutralization................143 Limitations of Capacitance Neutralization ................ 144 Oscillation Detection and Removal ..................144 Pipette Offset ..........................
  • Page 12 User Guide for Axoclamp 900A  Lowpass Filter ........................152 Seal Test ............................153 How To Use Seal Test......................153 Additional Notes........................153 Select Device..........................154 Axoclamp Tab ........................154 SoftPanel Tab.......................... 155 Slow Current Injection ......................156 How To Use Slow Current Injection ................... 157 Telegraphs ..........................157 Tuning ............................158 How To Use Tuning ......................158 Additional Notes........................159 V‐Clamp Control ........................159 Gain............................159 Lag ............................
  • Page 13 Contents  dSEVC Gain ..........................169 TEVC Gain ..........................169 DC Restore ..........................170 Buzz ............................170 Clear (+/–)..........................170 Step Activate........................... 170 Blank Activate ........................170 Scope............................171 Options ............................ 171 Internally Generated Signals ....................172 External Command Inputs ....................173 External Current Outputs (2 off)..................173 Auxiliary Inputs & Outputs (2 off)..................173 Scaled Outputs ........................174 Metering (4 off)........................174 Audio Monitor ........................
  • Page 15: Chapter 1: Introduction

    Introduction  Chapter 1: Introduction  Axoclamp 900A is the newest cutting‐edge instrument from Molecular  Devices, the world leader in high‐quality, low‐noise microelectrode  amplifiers. Like the Axoclamp‐2B that preceded it, the Axoclamp 900A  offers several modes of operation that measure signals from single cells,  tissue slices, and whole animal preparations. The advanced signal  conditioning added to the Axoclamp 900A amplifier saves the expense of  buying additional hardware and frees up valuable space in your  electrophysiology setup.   By making the Axoclamp 900A computer‐controlled, it enables us to add  several powerful new features that make it easier to set up and run  experiments and that keep experiments running longer. This exciting new  instrument offers you the flexibility you need for today’s experiments, as  well as for experiments you decide to do in the future. This versatile amplifier offers several modes of operation, making it  suitable for a wide range of biological preparations and for maximum  flexibility in experimental design:  Current‐clamp (I‐Clamp) mode, for measuring voltage responses, is  available in two channels with independent Bridge Balance and I=0  options.   1 ...
  • Page 16 User Guide for Axoclamp 900A  Two‐electrode voltage clamp (TEVC) mode uses two microelectrodes,  one for continuous recording of electrode voltage and the other for  injection of current. TEVC mode can be used with large frog oocytes  or smaller mammalian cells. The high output compliance of this mode  makes it possible to voltage clamp currents that are larger than  currents clamped with single‐electrode techniques.   Discontinuous current clamp (DCC) mode can be used for more  accurate voltage measurements, and is especially useful when small  changes in electrode resistance occur during an experiment.   Discontinuous single‐electrode voltage clamp (dSEVC) mode is used  to voltage clamp small cells that cannot tolerate being impaled by two  electrodes. Set up correctly, this mode eliminates the large series  resistance inherent in many preparations.   High‐voltage current clamp (HVIC) mode is used primarily for  extracellular is applications.  Amplifier performance is better than ever. The ±180 V output compliance  used for TEVC and HVIC modes makes it possible to pass larger currents  and ensures faster clamp speeds. TEVC and dSEVC modes both have wide  AC voltage‐clamp gain ranges for excellent voltage control. When DC  Restore is enabled, the DC voltage‐clamp gain is greater than 1,000,000,  ensuring optimal voltage control for constant‐voltage measurements. The  new dSEVC design is more stable and twice as fast as in the Axoclamp‐2B,  providing an excellent alternative to standard continuous single‐electrode  voltage clamping. The Axoclamp 900A is essentially an analog input/output instrument  similar to conventional amplifiers by Molecular Devices. Thus, BNC‐type  input and output connections are necessary to communicate with a  digitizing interface, oscilloscope or other recording device. The Axoclamp  900A contains no front panel knobs and switches. Instead, the instrument is  operated using a control panel program, the Axoclamp 900A Commander,  which runs on a host computer and communicates with the amplifier via a  USB cable.  2 ...
  • Page 17 Introduction  Computer control of this next generation amplifier means that the knobs,  dials and buttons are no longer needed and are replaced by an intuitive  software control interface. Computer control provides several advantages  over conventional amplifiers and makes the Axoclamp 900A amplifier  easier to use and enables experiments to last longer. Automation of several  standard tasks becomes possible, such as adjustment of Pipette Offset,  Bridge Balance, and Pipette Capacitance Neutralization. Oscillations in the  measured signal can be detected and suppressed automatically, in less than  1 ms, based on user‐selected settings. Instant switching between modes can  be automated (I‐Clamp to dSEVC or TEVC and back again), with users  defining the threshold, timing, and trigger (internal or external) for mode  switching. In DCC and dSEVC modes, the monitor signal used for tuning  can be displayed on the computer screen as well as on an oscilloscope.  Slow current injection can be used in I‐Clamp mode to prevent small, slow  drifts in the membrane voltage that could end experiments prematurely. The Axoclamp 900A Commander interface is completely independent of  acquisition software. Thus, the Axoclamp 900A can be used with any data  acquisition package. It is compatible with Digidata series digitizers (1200A  or later) and pCLAMP 7 (or later) software. However, telegraphing is only  supported in pCLAMP versions 10 and higher. Regarding third‐party  software, see our webpage “Developer Info” for a detailed Software  Development Kit that describes how to read telegraph information.   We recognize that software control of an amplifier is an unusual step  forward for some users. If computer mouse control is unsettling, consider  the optional SoftPanel device to control the Axoclamp 900A. The SoftPanel  is essentially a hardware extension of the Axoclamp 900A Commander  software. Knobs and buttons replace mouse or keyboard control. For more  information, visit our web site or call Molecular Devices Technical Support.  The Axoclamp 900A is a sophisticated instrument. Experienced and  inexperienced researchers alike are advised to read this manual thoroughly  and to familiarize themselves with the instrument. The following two  chapters provide step‐by‐step instructions using the CLAMP‐1U and   MCO‐2U model cells.  3 ...
  • Page 18 User Guide for Axoclamp 900A  Molecular Devices is pleased to answer any questions regarding the theory  and use of the Axoclamp 900A. Any comments and suggestions on the use  and design of the Axoclamp 900A will be much appreciated. We welcome  reprints of papers describing work performed with the Axoclamp 900A.  Keeping abreast of your research helps us to design our instruments for  maximum usefulness.  4 ...
  • Page 19: Chapter 2: Installation And Basic Operation

    Installation and Basic Operation  Chapter 2: Installation and Basic Operation  Installation  Carefully unpack all parts, and use the enclosed shipping list to verify that  all parts have been received. Retain packing materials in case the  instrument needs to be returned to the factory at a later date.  For the initial checkout, the Axoclamp 900A should be situated on a bench  top away from other equipment. Do not install it in a rack until the  checkout is complete.  Check List  These installation and checkout procedures require the following:  1.  Axoclamp 900A main unit with power cord.  2.  HS‐9A headstage with CLAMP‐1U model cell.  3.  2 HL‐U electrode holders.  4.  USB (A/B‐type) control cable.  5.  Axoclamp 900A Commander host software (from CD or web site).  5 ...
  • Page 20: Installing Hardware

    User Guide for Axoclamp 900A 6.  A PC running Windows 2000 or XP Pro operating system. The PC  should have up to three spare USB ports: two for the amplifier and  one if the optional SoftPanel is used.   7.  External oscilloscope.  Installing Hardware  1.  Connect the appropriate end of the USB cable to the CONTROL USB  connector on the Axoclamp 900A rear panel, and the other end to a  free USB port on your PC. This is the main connection between the  amplifier and the computer.  2.  Connect a second USB cable between the SCOPE USB connector on  the Axoclamp 900A rear panel and another free USB port on your PC.  This connection delivers the monitor signal from the amplifier to the  computer for discontinuous mode operation.  3.  Connect the HS‐9A headstage(s) to the CHANNEL 1 HEADSTAGE  and CHANNEL 2 HEADSTAGE rear panel connectors. The amplifier  CAN be left on when changing headstages. HOWEVER, DO NOT  DISCONNECT HEADSTAGES WHILE THE SOFTWARE IS  STARTING UP.   4.  Connect the power cable, and turn on the Axoclamp 900A. The front  panel POWER light should illuminate and the status light should  eventually go out. The Windows operating system automatically  recognizes the new USB hardware as a Human Interface Device  (HID).  5.  If you are using the optional SoftPanel device, connect it to a different  computer USB port using the USB cable supplied with the SoftPanel.  Installing the Axoclamp 900A Commander  1.  Run the Axoclamp 900A Commander installer from the enclosed CD,  or from the installation file downloaded from the Molecular Devices  6 ...
  • Page 21 Installation and Basic Operation  web site. This installs all necessary files and generates a shortcut for  Axoclamp 900A on your desktop.  2.  Run Axoclamp 900A Commander by double‐clicking on the Axoclamp  900A desktop icon. The first time the program is run, you are asked to  update Axoclamp 900A Commander. If you have just installed the  software from the CD, we suggest that you download the latest  update. Molecular Devices is very responsive to customer feedback,  thus it is likely that the web site contains a newer, updated version.  We also recommend that you choose to be reminded every 30 days to  check for a new download.  3.  Next you see the Select Device dialog. In the Axoclamp tab select  Axoclamp Hardware, then click the Scan button. The amplifier serial  number is identified in the list when the instrument is successfully  recognized.  4.  If the program is unable to find a valid serial number, check that the  Axoclamp 900A is switched on and that the USB cable is connected  properly.  5.  If you are using the optional SoftPanel device, click on the SoftPanel  tab and click the Scan button. After this device is recognized, click the  OK button.  6.  The main Axoclamp 900A Commander window appears. If installed  correctly, the Axoclamp serial number appears in the 900A  Commander window heading. If the optional SoftPanel is configured  correctly, the Configure SoftPanel icon is enabled.  7 ...
  • Page 22: Input/Output Connections

    User Guide for Axoclamp 900A Input/Output Connections  Front Panel  Figure 1. Axoclamp 900A Front Panel.  Audio Output  The headphones socket drives headphones or a powered speaker to  monitor the audio output of the Axoclamp 900A. The output is the same as  that available at the rear panel headphones socket.  Inputs  V‐CLAMP COMMAND: Voltage commands to the Axoclamp 900A are  accepted at this input. The External Command is enabled or disabled in the  Options / General tab of Axoclamp 900A Commander.   MODE: This is enabled when the user has checked one of the Switch to  dSEVC/TEVC on ext input checkboxes in the Headstage 1 or 2 section at the  top of the Axoclamp 900A Commander. For example, a TTL Low (0–0.8 V)  input at MODE could select one of the V‐Clamp modes while a TTL High  (2–5 V) input could select I‐Clamp. These inputs can be a TTL Digital Signal  controlled by pCLAMP. High and low behavior is user selectable in the  Options / Auto tab of Axoclamp 900A Commander.   I‐CLAMP COMMAND: Current commands to the Axoclamp 900A are  accepted at this input. The External Command is enabled or disabled in the  General tab under the Options toolbar button. The scaling depends on the  headstage connected to each channel.  8 ...
  • Page 23: Rear Panel

    Installation and Basic Operation  Scaled Output  The output signal at this BNC is selected from the list in the Scaled Output  section of the main window of the Axoclamp 900A Commander. The  choices include:  Membrane Current.  Membrane Potential.  Internal Command Potential (VC) or Internal Command Current (IC).  External Command Potential (VC) or External Command Current  (IC).  Auxiliary Potential (if HS‐9A headstage attached) or Auxiliary  Current (if VG‐9A headstage attached).  The same inputs and outputs are available for Channel 2.    Current Output  The output signal at this BNC is the current output when in one of the   V‐Clamp modes. This output is not filtered and is scaled only by the  headstage current injection resistor in the current‐passing channel.  Rear Panel  Figure 2. Axoclamp 900A Rear Panel.  9 ...
  • Page 24 User Guide for Axoclamp 900A CHANNEL 1 HEADSTAGE and CHANNEL 2 HEADSTAGE inputs:   HS‐9A headstages are plugged into these inputs. Note that CHANNEL 1  HEADSTAGE refers to CHANNEL 1 inputs/outputs on the front panel,  and CHANNEL 2 HEADSTAGE refers to CHANNEL 2 inputs/outputs.  STEP ACTIVATE: Allows external command activation on either Channel 1  or Channel 2 independently.  BLANK ACTIVATE: Allows the Channel 1 voltage to be held at its  previous value. Useful when response to external stimulus needs to be  blanked.  AUXILIARY 1 HEADSTAGE and AUXILIARY 2 HEADSTAGE: The  optional voltage‐following (HS‐9A) or bath clamp (VG‐9A) headstage is  plugged into these connectors. HS‐2A and VG‐2A headstages can also be  plugged into these connectors with an appropriate optional adapter cable  (1‐2100‐0934).   OUTPUT and 10  OUTPUT: These BNC outputs provide ×10 output  AUX1 AUX2 signal for the respective AUXILIARY HEADSTAGE channels.  REMOTE: Most commonly used for connecting the remote BUZZ box. Can  also be used for control of CLEAR (±) and STEP ACTIVATE on either  channel and for BLANK ACTIVATE on Channel 1.  MONITOR: The same signal as on the SCOPE USB. Used for tuning  discontinuous modes: DCC and dSEVC.  SIGNAL GROUND: While the 1 mm gold ground socket on the headstage  should be used for the bath ground, this 4 mm yellow socket can be  connected to a central grounding bus and used to ground other sources of  noise in your setup, such as the Faraday cage, perfusion system, etc.  CHASSIS GROUND: This provides an alternative chassis or power supply  ground.  SAMPLE CLOCK: Used to trigger an external monitor scope if the SCOPE  USB input to the computer is not used.  10 ...
  • Page 25: Overview

    Installation and Basic Operation  AUDIO OUTPUT: This can drive headphones or a powered speaker, like  the front panel Audio Output.   SYNC OUTPUT: The signal available at this BNC connector is intended to  be used as an external trigger for an oscilloscope when internal commands  (Seal Test, Tuning, or Pulse) are activated, or to indicate the Mode state of  the amplifier (commanded either externally by the MODE BNC or  internally by the Auto Mode switch feature). The Sync Output sends out a  0 to (approximately) 5 V step aligned with the onset of the Seal Test,  Tuning, or Pulse step. Or, when following automated Mode switching,   2–5 V (HIGH) corresponds to V‐Clamp while 0–0.8 V (LOW) corresponds  to I‐Clamp. See the Options / General tab to select the function of the SYNC  OUTPUT.  CONTROL USB: Connects to a USB port of the host computer to control the  Axoclamp 900A.  SCOPE USB: Connects to a USB 2.0 port of the host computer to provide  Scope window data. This is a self‐contained single‐channel 5 MHz  acquisition system that allows the user to see critical switched membrane  voltage signals during the switching period. It helps in the setup of  neutralization and gain in discontinuous modes (DCC and dSEVC).  Overview   The purpose of this section is to describe the basic controls of the Axoclamp  900A Commander. The following chapter Setup and Tutorials guides you  step‐by‐step through the various recording configurations.  Axoclamp 900A Commander is the control platform for all Axoclamp 900A  functions, from basic parameter settings to various “smart” automated  features. Not being bound by the physical space restrictions imposed by  amplifier panels, software control allows a greater range of control features  to be offered. Software control also allows seamless integration with data  acquisition programs, such as Molecular Devices’ pCLAMP 10.   11 ...
  • Page 26: Axoclamp 900A Commander Interface Overview

    User Guide for Axoclamp 900A Physical “knobs and buttons” control of the Axoclamp 900A is still possible  with the SoftPanel, an optional hardware extension that provides an  alternative interface to Axoclamp 900A Commander.   With Commander, the Axoclamp 900A can telegraph a broadened range of  information to other applications, without the need for any cabling beyond  the USB port connection to your computer.  For detailed information on each Axoclamp 900A Commander feature,  please consult the Commander Reference in Chapter 5.   Axoclamp 900A Commander Interface Overview  The Axoclamp 900A Commander front panel is designed to resemble  hardware instrument controls. It is divided into five main sections:  Toolbar  Meters  Mode buttons  Mode tabs  Scaled Output tabs  The Axoclamp 900A Commander panel can be shrunk by dragging any  edge or corner. Scroll bars allow you to display the controls you are most  interested in when you have done this. Use the Resize Window tool button  to toggle between the full panel, Meters display, and the sizing you have  set.   Toolbar  The Toolbar contains all the program‐specific functions in Axoclamp 900A  Commander. Resting your mouse over a toolbar button when the  Commander window is active displays a brief tool tip describing the  12 ...
  • Page 27: Meters

    Installation and Basic Operation  function of each of the buttons, as well as the keyboard shortcut for that  function.   The Options tool button opens a dialog box where many basic Axoclamp  900A Commander parameters are set.  Meters  The Meters at the top of the Axoclamp 900A Commander main window are  grouped into two headstages (unless you have one headstage only, in  which case only one headstage appears).   By default, each channel displays the potential in millivolts (mV) and the  current in picoamps (pA) or nanoamps (nA).  Total Resistance, Rt  Check the Total Resistance (Rt) checkbox to display resistance in MΩ on the  top meter for either channel. This can be activated in either voltage‐clamp  or current‐clamp modes, but not I=0 mode or with slow current injection.  Note that to measure resistance the Axoclamp 900A Commander generates  a command signal, thus the current reading fluctuates markedly when  resistance measurement is enabled.  Mode Buttons  The Mode buttons set the amplifier mode—current clamp at zero (I=0) or  current clamp (IC) for each of the two headstages:  Headstage 1 supports discontinuous current clamp mode (DCC) and  discontinuous single‐electrode voltage clamp mode (dSEVC).   Headstage 2 supports high‐voltage current clamp (HVIC) and two‐ electrode voltage clamp mode (TEVC) when used in conjunction with  headstage 1.   Click on a mode button to switch to the selected mode. The change is  confirmed by the indicator lights on the front panel of the Axoclamp 900.  13 ...
  • Page 28: Mode Tabs

    User Guide for Axoclamp 900A DCC or dSEVC modes cannot be used at the same time as HVIC or TEVC  and vice versa.  I=0 is a special mode of current clamp in which all command inputs are  disconnected. In a real cell, membrane potential returns to its resting  potential. This mode is generally used in transitions between voltage‐clamp  and current‐clamp modes.  When you choose a mode in a particular channel, the relevant Mode tab is  automatically brought forward. You can shift between tabs without  changing mode.  Amplifier mode is telegraphed to compatible data acquisition programs.  You can also synchronize a TTL output to the mode selection, using the  Sync Output setting on the Options / General tab.   External Mode Control  The mode buttons can be operated from an external source. Check the  Switch to dSEVC on ext input or Switch to TEVC on ext input checkbox to  enable external switching. See further details at External [or Remote] Mode  Switching.   Automatic Mode Control  The Axoclamp 900A can be set to switch automatically from current to  voltage clamp if triggered by a change in the recorded membrane potential.  Configure this on the Options / Auto tab. When configured, the ext input  checkbox changes to Switch to dSEVC at threshold or Switch to TEVC at  threshold.   Mode Tabs  The Mode tabs are used for switching between the controls for different  modes for each headstage.  You can set controls for a mode while the Axoclamp 900A is operating in  another mode, as the Mode tabs select mode controls only, and do not  14 ...
  • Page 29: Scaled Output Tabs

    Installation and Basic Operation  cause Axoclamp to enter the mode. That is the function of the Mode  buttons.  Note: If you are on Audio, you hear the channel the uppermost Mode tab  belongs to.  Scaled Output Tabs  The Scaled Output tabs are used to select signals from the headstage,  internal commands and external commands.  You can set the gain, output offset, lowpass and highpass cutoff frequency  for each selected signal. If you change the signal, the last used settings for  that signal are restored automatically. When changing modes using the  Mode buttons, all scaled output settings that were originally setup in that  mode are restored in a similar manner.   Setting Parameters in the Axoclamp 900A Commander  User‐configurable numerical fields on the Axoclamp 900A Commander  printed in blue text are called gliders. Placing the mouse over a glider  changes the cursor to  . Click the glider and it is displayed in red text,  indicating that it is ready to accept mouse input. There are several ways  you can adjust the setting once a field is active.  Mouse Gliding  Drag the mouse up or move the mouse wheel forward to increase the  value; drag it down or move the wheel backwards to decrease the value.   Many gliders have a checkbox that enables or disables hardware output.  These checkboxes also allow you to control the glider without shifting the  mouse to the glider control. Click the checkbox, then immediately start  changing the glider level with the mouse.   The sensitivity of each glider can be altered from the right‐click popup  menu for the field:  15 ...
  • Page 30 User Guide for Axoclamp 900A “×1 Fine” changes values by the smallest increment for the glider.  “×2 Medium” doubles the glider sensitivity.  “×5 Coarse” increases glider sensitivity five times.  With these basic sensitivity levels set for each glider, you can additionally  boost sensitivity, while you are using the gliders, with one of two keyboard  accelerator keys:  <Shift> to boost sensitivity.   <Ctrl> to boost sensitivity even further.  The <Shift> and <Ctrl> keys alter sensitivity by different amounts for each  glider. If <Shift> boosts sensitivity by 10 and <Ctrl> by 100, then at Medium  setting they increase sensitivity 20 and 200 times respectively, while with a  basic Coarse setting these are 50 and 500 times respectively.  Keyboard Gliding  <Up Arrow> and <Right Arrow> both increase the value.   <Down Arrow> and <Left Arrow> both decrease the value.  Keyboard gliding uses the same sensitivity options as mouse gliding,  described above:  Three basic popup menu settings: Fine, Medium and Coarse.  Additional ʺreal‐timeʺ sensitivity boost with <Shift> and <Ctrl>  buttons.  Note: Some settings individual increments in the glider value are too small  to affect the glider display.   Other keyboard controls include:  <Page Up> is equivalent to <Shift> + <Up Arrow>.   16 ...
  • Page 31 Installation and Basic Operation  <Page Down> is equivalent to <Shift> + <Down Arrow>.  <Home> snaps to the minimum value for that control.   <End> snaps to the maximum value for that control.  Keyboard Numeric Input  Some gliders can accept numeric input from the keyboard (e.g., Holding).  These have associated edit boxes.  Double‐click on the blue text to display the edit box. Type a number and hit  <Enter> or click on another control to apply the change. If the control has  the focus (i.e., if it is displayed with red text) you can type a number  without double‐clicking first.  Note:  Some fields shift between units depending on the value displayed,  e.g., the Tuning amplitude field displays some values in pA and others in  nA. When typing in values you must always express the value in terms of  the smaller unit.  You can cancel an editing operation and dismiss the edit box leaving the  glider unchanged by hitting the <Esc> key.  Glider Menus  Some gliders cannot accept numeric input from the keyboard (e.g., Seal  Test frequency). These have associated popup menus.  Double‐click or right‐click to display the popup menu. (Double‐click  always displays the alternate interface regardless of the type of glider.)  Click on the desired value to make a selection and dismiss the menu.   Auto  A number of routine instrument adjustments have been automated in the  Axoclamp 900A Commander. For example, the Bridge Balance control has  17 ...
  • Page 32: Toolbar Buttons In The Axoclamp 900A Commander

    User Guide for Axoclamp 900A an Auto button that calculates optimal levels for this property and applies  it accordingly. The value can also be set manually.   Toolbar Buttons in the Axoclamp 900A Commander  At the top of the Axoclamp 900A Commander main window is a row of  toolbar buttons that provide access to a number of special features.  Positioning the mouse cursor over each button displays, after a short delay,  a tool tip for the button. This tool tip identifies the alternative keyboard  shortcut that activates the feature. For example, the Resize Window button  is associated with the <F2> key. This feature toggles the size of the  Commander window between full‐size, meters‐only, or the user‐adjusted  size. Drag the lower‐right corner of the Commander window to change the  size, then click the <F2> key to toggle between window sizes.  Most other buttons are self‐explanatory, with the possible exception of the  Save Configuration <F5>, Load Configuration <F4> and Quick Select  buttons. These buttons allow the user to store and retrieve parameter  settings for the Axoclamp 900A Commander. The Quick Select buttons can  be assigned to a particular set of parameter settings to facilitate rapid  loading, or, alternatively, to run an executable command line. This might  be useful for experiments that require different configurations, or when  several users share the same recording setup, or when an external  command is desired (for example, starting a custom script to initiate a  software‐controlled perfusion device).   Communication with the Axoclamp 900A  The Axoclamp 900A has a number of LEDs that communicate the status of  the amplifier.  1.  When you power ON the Axoclamp 900A, the green POWER LED  comes on and the yellow STATUS LED flashes ON then OFF  temporarily, indicating that the microprocessor is running.   18 ...
  • Page 33: Model Cells

    Installation and Basic Operation  2.  When the Axoclamp 900A receives a ʺnon meterʺ command it flashes  ON then OFF.  3.  Toggle the Headstage 1 and Headstage 2 Mode buttons in the  Axoclamp Commander, switching repeatedly between the different  voltage‐clamp and current‐clamp modes.   The tabs immediately below the mode switches in the software  should change appropriately. Also, LED indicator lights on the front  panel of the Axoclamp 900A should change with the different modes.  The green I‐CLAMP LEDs should light for IC and I=0, a yellow LED  for DCC, a red LED for dSEVC, and a blue LED for HVIC. For TEVC  mode, the green CHANNEL 1 I‐Clamp LED and the blue TEVC LED  should light.  Check to see that the LEDs change with the modes  selected in the software.  4.  If the USB cable is unplugged the STATUS LED flashes briefly ON  then OFF.  Model Cells  We recommend that you practice using the Axoclamp 900A with model  cells. The CLAMP‐1U model cell shipped with your Axoclamp 900A is a  useful tool for learning the operation of the Axoclamp 900A and  subsequently for verifying the correct operation of the Axoclamp 900A and  the recording pathway.  The CLAMP‐1U Model Cell  The cell and microelectrode components simulate a medium sized cell  having an input resistance of 50 MΩ, a membrane time constant of ~25 ms  and microelectrode resistances of 50 MΩ. A switch allows the CLAMP‐1U  model cell to be configured as:  BATH mode—two 50 MΩ microelectrodes to ground.  19 ...
  • Page 34 User Guide for Axoclamp 900A CELL mode—two microelectrodes connected to a 50 MΩ // 470 pF  cell.   The case of the model cell is connected to ground. Shielding between the  two microelectrode resistors is effected by the body of the switch.  When the switch is in the BATH position, both microelectrode resistors are  connected to ground. This is a convenient position for practicing bridge  balancing techniques and offset adjustment.  When the switch is in the CELL position, both microelectrode resistors are  effectively intracellular. In Bridge or DCC mode you should see  exponential voltage responses to steps of current. In dSEVC mode you  should be able to clamp the cell at gains of up to 0.8 nA/mV using an   HS‐9A ×0.1 headstage, at sampling rates up to 8 kHz. In TEVC mode, use  one of the following microelectrode headstage combinations:  two HS‐9A  ×0.1 headstages, two HS‐9A ×1 headstages, or an HS‐9A ×0.1 headstage for  CHANNEL 1 and an HS‐9A ×1 headstage for CHANNEL 2.     Figure 3. CLAMP‐1U model cell.  20 ...
  • Page 35: The Mco-2U Model Cell

    Installation and Basic Operation  The MCO‐2U Model Cell  If you intend to use your Axoclamp 900A for TEVC of oocytes, the   MCO‐2U model cell may be purchased separately. This model cell mimics  the typical characteristics of the oocyte, the recording microelectrodes and  the bath electrodes. The circuit diagram is given below.     Figure 4. MCO‐2U model cell.  Installation of Model Cells  To install the model cell plug it into one or both of your headstages.  Connect the gold‐plated ground jack to the gold jack on the back of the  CHANNEL 1 headstage using the cable provided.   Power Supply  Supply Voltage Selection  The Axoclamp 900A can be directly connected to all international supply  voltages. The input range is from 85 to 240 V . No range switching is  required.   21 ...
  • Page 36: Changing The Fuse

    User Guide for Axoclamp 900A Changing the Fuse  The Axoclamp 900A uses a 2 A, 250 V slow acting 5 × 20 mm fuse. Before  changing the fuse investigate the reason for its failure. To change the fuse:  1.  Disconnect the power cord.  2.  Use a screwdriver or a similar device to rotate the fuse holder  counterclockwise.  3.  Replace the fuse with another fuse of the same rating.  4.  Reconnect the power cord.  Glitches  The Axoclamp 900A has been designed to minimize the effects of power‐ supply transients (glitches). Although normally inconsequential, glitches  could cause transients to appear on the voltage and current outputs that  may corrupt high‐sensitivity recordings.  The most effective way to gain immunity from mains glitches is to  eliminate them at the source. Most glitches are due to the on/off switching  of other equipment and lights on the same power‐supply circuit.  Precautions to be taken include:  1.  Avoid switching equipment and lights on or off while recordings are  being made.  2.  Water baths, heaters, coolers, etc. should operate from zero‐crossing  relays.    3.  Radio Frequency Interference filters should be installed in glitch‐ producing equipment.  22 ...
  • Page 37: Grounding And Hum

    Installation and Basic Operation  Grounding and Hum  A perennial bane of electrophysiology is line‐frequency pickup (noise),  often referred to as hum. Hum can occur not only at the power line  frequency but also at multiples of it.  The Axoclamp 900A has inherently low hum levels (less than 20 μV peak‐ to‐peak). To take advantage of these low levels great care must be taken  when integrating the Axoclamp 900A into a complete recording system.  The following procedures should be followed.  1.  Only ground the preparation bath by directly connecting it to the  yellow ground connector on the back of the CHANNEL 1 headstage  (or to a virtual‐ground headstage if used).  2.  Place the Axoclamp 900A in a position in the rack where transformers  in adjacent equipment are unlikely to radiate into its electronics. A  thick sheet of steel placed between the Axoclamp 900A and the  radiating equipment can effectively reduce the induced hum.  3.  Initially make only one connection to the Axoclamp 900A: the  oscilloscope from the Scaled Output. Ground the CHANNEL 1  headstage input through a 1 MΩ resistor to the yellow ground  connector. After verifying that the hum levels are low, increase the  complexity of the connections one lead at a time. Leads should not be  draped near transformers inside other equipment. In desperate  circumstances the continuity of the shield on an offending coaxial  cable can be broken.  4.  Try grounding auxiliary equipment from a ground distribution bus.  This bus should be connected to the Axoclamp 900A via the yellow  0.16” (4 mm) socket on the rear panel. This socket is connected to the  Axoclamp 900A’s signal ground (i.e., the outer conductors of all the  BNC connectors) which is isolated from the chassis and power  ground.  23 ...
  • Page 38 User Guide for Axoclamp 900A 5.  If more than one headstage is used, all the headstage cables should  run from the Axoclamp 900A to the preparation in a bundle. The  bundle can be formed either by gently twisting the cables together or  by loosely tying them together.  6.  Experiment. While hum can be explained in theory (e.g., direct  pickup, earth loops), in practice the ultimate theory is the end result.  Following the rules above is the best start. The final hum level can  often be kept to less than 100 μV peak‐to‐peak referred to V . One  technique that should not be used to reduce the hum is the delicate  placement of cables so that a number of competing hum sources  cancel out. Such a procedure is too prone to accidental alteration.  24 ...
  • Page 39: Chapter 3: Setup And Tutorials

    Setup and Tutorials  Chapter 3: Setup and Tutorials  Checklist  The setup and tutorial procedures require the following:  Axoclamp 900A main unit with power cord.  Two USB control cables.  Axoclamp 900A Commander software.  A PC running Windows 2000 or XP Professional.  External two‐channel oscilloscope.  Three BNC cables.  Four head stages:  ο HS‐9A ×0.1.  ο HS‐9A ×1.  ο HS‐9A ×10.  25 ...
  • Page 40: Axoclamp 900A And Axoclamp 900A Commander Setup

    User Guide for Axoclamp 900A ο VG‐9A ×100 (bath clamp head stage).  Two model cells:  ο CLAMP‐1U.  ο MCO‐2U (oocyte).  Note that most of the tutorials use the HS‐9A ×0.1 and HS‐9A ×1 headstages and the  CLAMP‐1U model cell that come standard with the Axoclamp 900A. However, one of  the TEVC tutorials requires a different set of headstages, HS‐9A ×10 and VG‐9A ×100,  and a different model cell, the MCO‐2U. If you don’t have the specific headstages or  model cell called for in the tutorial, you can substitute your headstages in the tutorials.  But be aware that some of the scaling will be different.  Axoclamp 900A and Axoclamp 900A Commander Setup  We recommend performing the initial setup and tutorials using the  Axoclamp 900A, the associated computer and an oscilloscope in a  standalone fashion on a bench top. The tutorials may also be performed at  a later date with the equipment mounted in a typical laboratory setting.  1.  Connect the Axoclamp 900A to power source with power cable.  2.  Connect a USB cable between the computer and the CONTROL USB  port at the back of the Axoclamp 900A.  3.  Connect another USB cable between the computer and the SCOPE  USB port at the back of the Axoclamp 900A.  4.  Install the Axoclamp 900A Commander software on the computer to  control the Axoclamp 900A. At the Hardware Installation message  about the Universal Service Bus controllers, click Continue Anyway  to allow installation to proceed to completion.  There is no need to turn off the power to the Axoclamp 900A prior to  connecting headstages. However, do not disconnect headstages while the  software is starting up.  26 ...
  • Page 41 Setup and Tutorials  5.  Connect the HS‐9A ×0.1 headstage connector to the CHANNEL 1  HEADSTAGE INPUT on the rear panel.  6.  Connect the HS‐9A ×1 headstage connector to the CHANNEL 2  HEADSTAGE INPUT on the rear panel.  7.  Connect headstage 1 to the CLAMP‐1U model cell at the ME 1  connector.  8.  Ground the CLAMP‐1U case to the signal ground socket on the rear  of the headstage. The switch should be in the BATH position.  9.  Place the headstage and model cell into a shielded enclosure  (optional) ensuring that the shield is also connected to the signal  ground.  10.  Turn the Axoclamp 900A on. The Windows operating system should  recognize that two HID devices are attached.  11.  Run Axoclamp 900A Commander. The first time it is run the Select  Device dialog is displayed automatically:    Figure 5. Select Device dialog box.  12.  Press Scan and the serial number of the Axoclamp 900A is displayed.  Press OK and the main Commander interface is displayed.  27 ...
  • Page 42: Tutorial 1: Current Clamp (Ic)

    User Guide for Axoclamp 900A  and accept the warning  13.  Press the Reset to Program Defaults button  by clicking on Yes to continue.  Information about the connected headstages is displayed at the top of the  Commander interface, including the current injection resistance (R ) for   is 100 MΩ, and for the  each headstage. For the HS‐9A ×0.1 headstage, R  is 10 MΩ.  HS‐9A ×1, R 14.  Connect a BNC cable between the SCALED OUTPUT for Channel 1  and an external oscilloscope.   15.  Connect another BNC cable between the SCALED OUTPUT for  Channel 2 and the oscilloscope.  16.  Connect another BNC cable between the external trigger input of the  oscilloscope and the SYNC OUTPUT BNC on the rear panel of the  Axoclamp 900A.   Tutorial 1: Current Clamp (IC)   Equipment required:  CLAMP‐1U model cell.  HS‐9A ×0.1.  HS‐9A ×1.  If you have just performed the Axoclamp 900A setup please skip to step 9.  There is no need to turn off the power to the Axoclamp 900A prior to  connecting headstages. However, do not disconnect headstages while the  software is starting up.  1.  Connect the HS‐9A ×0.1 headstage connector to the CHANNEL 1  HEADSTAGE INPUT on the rear panel.  28 ...
  • Page 43 Setup and Tutorials  2.  Connect the HS‐9A ×1 headstage connector to the CHANNEL 2  HEADSTAGE INPUT on the rear panel.  3.  Connect headstage 1 to the CLAMP‐1U model cell at the ME 1  connector.  4.  Ground the CLAMP‐1U case to the signal ground socket on the rear  of the headstage. The switch should be in the BATH position.  5.  Place the headstage and model cell into a shielded enclosure  (optional) ensuring that the shield is also connected to the signal  ground.  6.  Turn the Axoclamp 900A power ON.  7.  Run the Axoclamp 900A Commander software.  8.  Press the Reset to Program Defaults button in the toolbar at the top of  the Commander and accept the warning.  Information about the connected headstages is displayed at the top,  including the current injection resistance for each headstage. For the    is 100 MΩ, and for the HS‐9A ×1, R  is 10 MΩ.  HS‐9A ×0.1 headstage, R 9.  In the I‐Clamp 1 tab, with the CLAMP‐1U switch in the BATH  position, press the Pipette Offset Zero button.      Figure 6. Pipette Offset controls.  The corrected offset voltage for the headstage should be less than   ±10 mV.  10.  The Channel 1 SCALED OUTPUT Signal selected should be  “Headstage 1, Membrane Potential (10 mV/mV)”.  29 ...
  • Page 44 User Guide for Axoclamp 900A   11.  Check on the Tuning checkbox.   square wave at 10 Hz. This  The Oscilloscope should show a 500 mV is the voltage expected from the 50 MΩ bath resistor in the model cell.  Figure 7. I‐Clamp voltage measurement.  12.  Press the Auto button in the Bridge Balance section.     Figure 8. Bridge Balance controls.  The waveform should decrease to close to zero and the bridge  resistance display should be 45 to 55 MΩ. If not, click on the Lock  button and press the Auto button again. You should also be able to  click on the Bridge resistance field and use the software glider to  adjust the bridge balance resistance. Note that with all the software  gliders, once you have clicked on the numeric field, you can use the  mouse to ‘glide’ through the numbers or use the keyboard arrow keys  to change the value. If you right click on the value field you can set the  coarseness of the control. You can also enter the numbers directly into  the field or select from allowed values, depending on the field.   Note: Auto Bridge Balance works only in the bath.  30 ...
  • Page 45 Setup and Tutorials  13.  Notice a 1 ms wide transient on each 10 Hz waveform edge. This  transient is caused by uncompensated electrode capacitance.     Figure 9. Bridge Balance of voltage signal in bath.  14.  Check the Pipette Capacitance Neutralization checkbox: Change the  value in the numeric field until the capacitive transient decreases to  near zero. The value should be between 1 and 3 pF.     Figure 10. Pipette capacitance neutralized in bath.  31 ...
  • Page 46 User Guide for Axoclamp 900A 15.  Move the CLAMP‐1U switch to the CELL position. The waveform  should be about 400 mV , a triangle wave with exponential sides.    Figure 11. Compensated I‐Clamp voltage signal.  The following two steps should not be done if this tutorial is being  performed solely in preparation for another tutorial.  Oscillation Detection  16.  Click Detect Oscillation and select Disable Neutralization:     Figure 12. Oscillation detection controls for I‐Clamp mode.  Click in the Pipette Capacitance Neutralization value field, type ‘5’, and  press <ENTER> to set the capacitance to 5 pF. This should initiate  oscillation. A pop‐up dialog should be displayed:  32 ...
  • Page 47 Setup and Tutorials    Figure 13. Oscillation detected message for I‐Clamp mode.  The Pipette Capacitance Neutralization checkbox in the main menu  should be disabled.  Set Pipette Capacitance Neutralization back to its previous value  (~2 pF)) and recheck the Pipette Capacitance Neutralization checkbox.  Note: Oscillation Detection is available in current‐clamp modes of IC  and DCC but not HVIC. It is also available in the two voltage‐clamp  modes, TEVC and dSEVC.  Slow Current Injection  17.  Slow current injection (track).  This can be used to maintain the baseline membrane potential in  I‐Clamp mode in order to offset electrode drift over the course of an  experiment.  Select Inject slow current to maintain potential at and select 10 mV:     Figure 14. Inject slow current controls.  33 ...
  • Page 48: Tutorial 2: Discontinuous Current Clamp (Dcc)

    User Guide for Axoclamp 900A   Figure 15. Slow current injection with short time constant.  Note: The average DC Scope level went to 100 mV (10 mV at the  headstage) shown as the red line in the figure. Also notice the  waveform shape is distorted compared with the previous waveform  in current‐clamp mode step 15 above. This is because the “Slow  Current” correcting time constant is shorter than the test waveform  frequency.  Change the slow current Time constant to 2 seconds. Deselect and  reselect Inject slow current. Notice that the speed of establishing the  average DC level slows down and the test waveform is no longer  distorted.  Figure 16. Slow current injection with long time constant.  Tutorial 2: Discontinuous Current Clamp (DCC)   Discontinuous current clamp mode can be used for accurate voltage  measurement, and is especially useful when small changes in electrode  resistance occur during an experiment. In DCC mode, CHANNEL 1 is  34 ...
  • Page 49 Setup and Tutorials  cyclically used to pass current. The voltage recorded at the tip of  CHANNEL 1 is measured by a sample‐and‐hold circuit in between each  current‐passing period and after all transient voltages due to current  passing have decayed. Thus the membrane potential can be recorded  independently of the IR voltage drop across the microelectrode.   The advantage of DCC mode compared with I‐Clamp mode with Bridge  Balance is that it is tolerant of small changes in microelectrode resistance.  The disadvantage is that DCC mode is noisier than I‐Clamp mode. During  DCC mode CHANNEL 2 can be used in I‐Clamp mode for continuous  current passing.  Equipment required:  CLAMP‐1U model cell.  HS‐9A ×0.1.  HS‐9A ×1.  Follow the steps of Tutorial 1 before beginning these instructions.    1.  In Channel 1 select DCC mode.    2.  Set DCC Rate to 10 kHz.  Note: When DCC mode is selected the Scope window display, with  the “monitor” waveform, should automatically appear on the  computer screen. 35 ...
  • Page 50 User Guide for Axoclamp 900A           Figure 17. Monitor signal for DCC mode.  The monitor waveform rise and fall times should be less than 20 μs.  Most importantly, the voltage transients should decay completely by  the time the samples are taken (arrow), even for the largest transients.  3.  The waveform on the oscilloscope should be similar in shape to the IC  waveform except it will have about double the noise:    Figure 18. Membrane potential signal in DCC mode.  4.  Adjust the Pipette Capacitance Neutralization value and Rate in the   I‐Clamp 1 tab. Observe how the two settings vary the waveform. The  ideal waveform should have a rate as high as possible without the  triangle wave splitting apart on the oscilloscope display. See the  section on the Theory of Recording Modes in Chapter 4 for explanation  on how to use the software Scope window to optimize these settings.   36 ...
  • Page 51: Tutorial 3: Discontinuous Single-Electrode Voltage Clamp (Dsevc)

    Setup and Tutorials  Neutralization set at 1.5 pF (under compensated):   Figure 19. Pipette Capacitance Neutralization under compensated in DCC mode.    Neutralization set at 3.0 pF (over compensated):            Figure 20. Pipette Capacitance Neutralization over compensated in DCC mode.    Tutorial 3: Discontinuous Single‐Electrode Voltage Clamp  (dSEVC)   dSEVC mode is used to voltage clamp small cells that cannot be impaled by  two electrodes. This mode can also eliminate the large series resistance  inherent in many preparations.  Equipment required:  CLAMP‐1U model cell.  HS‐9A ×0.1.  37 ...
  • Page 52 User Guide for Axoclamp 900A HS‐9A ×1. Follow the steps of Tutorial 1 (excluding the optional steps) before  beginning these instructions.  1.  Select DCC mode and setup as outlined in Tutorial 2.  2.  Select dSEVC mode in Channel 1.  Note: When DCC and then dSEVC modes are selected the “monitor”  waveform is displayed in the Scope window on the computer screen.                Figure 21. Monitor signal for dSEVC mode.  The important feature is that the voltage transients decay completely  by the time the samples are taken (arrow) even for the largest  transients. These traces show that switching frequency can be nearly  doubled if required.  3.  Click the Seal Test checkbox.  4.  The signal for Channel 1 SCALED OUTPUT should be “Headstage 1,  Membrane Potential (10 mV/mV)”.   38 ...
  • Page 53 Setup and Tutorials  5.  The signal for Channel 2 SCALED OUTPUT should be “Headstage 1,  Membrane Current (0.1 V/nA)”.     Figure 22. Voltage and current signals for dSEVC mode with low gain.  6.  The membrane potential waveform on the oscilloscope should  display about a 60 mV square wave (6 mV at the membrane) with  about a 20 ms rise time. Note that we programmed a voltage of 10 mV  but only got a 6 mV response, indicating a higher gain is required.  Also, the current trace (IN1) shows a similar settling time.  In the dSEVC control tab, glide the Gain from 0.03 to about   0.35 nA/mV. The oscilloscope waveform should display a 100 mV  square wave that is now the correct amplitude (monitoring 10 × Ve).  The rise time should be about 2 ms.  Figure 23. Voltage and current signals for dSEVC mode with increased gain.  39 ...
  • Page 54 User Guide for Axoclamp 900A 7.  Adjust Pipette Capacitance Neutralization and Rate to get a smooth  exponential rise time, then increase Gain (nA/mV) to obtain the fastest  rise time without overshoot. Optimum Gain should be greater than  1.5 nA/mV and the rise time should be less than 300 μs with noise  around 10 mV . See the expanded time scale below:  Figure 24. Voltage and current signals for dSEVC mode with further tuning.  8.  With practice you should be able adjust Pipette Capacitance  Neutralization and Rate to increase Gain even higher so that the  current trace settles in less than 0.5 ms (see expanded trace below).     Figure 25. Voltage and current signals for dSEVC mode optimized.  40 ...
  • Page 55: Tutorial 4: Two-Electrode Voltage Clamp (Tevc)

    Setup and Tutorials  9.  Connect the headstage from CHANNEL 2 to the ME2 input of the  CLAMP‐1U model cell and select the “Headstage 2, Membrane  Potential (10 mV/mV)” signal in the Channel 2 SCALED OUTPUT  section. The Channel 2 headstage will now serve as a cell membrane  voltage monitor. You should see that the Channel 2 SCALED  OUTPUT signal is identical to the Channel 1 SCALED OUTPUT from  Headstage 1 (100 mV ) as below. Channel 2 speed will be slightly  slower due to capacitance loading. You can speed it up by optimizing  Headstage 2 neutralization.  Figure 26. Monitoring the dSEVC voltage response with a second headastage.  IN0 is the membrane voltage as measured by Headstage 1 (dSEVC mode). IN1  is the membrane voltage as measured by Headstage 2 with 2.5 pF Pipette  Capacitance Neutralization.     Tutorial 4: Two‐Electrode Voltage Clamp (TEVC)   I. TEVC Using the CLAMP‐1U Model Cell  Two‐Electrode Voltage Clamp is preferred to discontinuous Voltage Clamp  (dSEVC) as it delivers a faster, lower noise and a more stable voltage  clamp. However, it requires two electrodes to be inserted into the same cell,  which is more difficult in smaller cells. Headstage 1 is always the “voltage  monitoring” electrode and Headstage 2 is always the “current‐passing”  electrode.  Equipment required:  CLAMP‐1U model cell.  41 ...
  • Page 56 User Guide for Axoclamp 900A HS‐9A ×0.1 as the voltage monitoring headstage.  HS‐9A ×1 as the current passing headstage.  Instructions:  1.  Connect headstages to the rear panel headstage inputs:  a.  HS‐9A ×0.1 to the CHANNEL 1 HEADSTAGE input.  b.  HS‐9A ×1 to the CHANNEL 2 HEADSTAGE input.  2.  Connect:  a.  Channel 1 SCALED OUTPUT to oscilloscope channel 1.  b.  Channel 2 SCALED OUTPUT to oscilloscope channel 2.   and accept the warning.  3.  Press the Reset to Program Defaults button  4.  Connect:  a.  Headstage 1 to the ME1 input of the CLAMP‐1U model cell.  b.  Headstage 2 to the ME2 input of the model cell.  c.  The ground socket from one of the headstages to the ground  socket on the model cell.  5.  With the CLAMP‐1U model cell in the BATH position, use the Pipette  Offset in the I‐Clamp 1 and I‐Clamp 2 tabs to zero the voltage in each  channel.  6.  Select the I‐Clamp 1 tab and neutralize pipette capacitance for   I‐Clamp 1 only:  a.  Check the Tuning checkbox.  42 ...
  • Page 57 Setup and Tutorials  b.  Switch from the BATH to the CELL position on the CLAMP‐1U  model cell.  c.  Check the Pipette Capacitance Neutralization checkbox.  d.  Glide the neutralization value until the leading edge of channel 1  speeds up maximally without overshoot. The value should be  between 1 and 3 pF.   7.  Select TEVC mode on Channel 2.    8.  Enable Seal Test.   9.  For the SCALED OUTPUT signals select:  a.  Channel 1 “Headstage 1, Membrane Potential (10 mV/mV)”.  b.  Channel 2 “Headstage 2, 0.1× Membrane Current (1 V/μA)”.  10.  Adjust the Gain until channel 1 starts to overshoot. The Rise time  should be about 200 μs.     Figure 27. Voltage and current signals for TEVC mode. IN0 is the membrane  potential (×10). IN1 is the membrane current (1 V/μA). The voltage‐clamp Gain  is 200. Pipette Capacitance Neutralization is 2.5 pF.  11.  To optimize the voltage rise time, increase the Pipette Capacitance  Neutralization up to an additional 1 pF until the overshoot disappears  and then increase the gain. Do not increase capacitance neutralization  or the gain too high, as oscillation will result. With practice you  43 ...
  • Page 58 User Guide for Axoclamp 900A should be able to get a rise time of about 100 μs, with a gain of about   (2 mV at the cell).  350 to 400 and noise of less than 20 mV Oscilloscope channel 2 monitors current and should display a  waveform that settles in less than 200 μs.     Figure 28. Optimizing TEVC mode. IN0 is the membrane potential (×10). IN1  is the membrane current (1 V/μA). The voltage‐clamp Gain is 388. Pipette  Capacitance Neutralization is 3.5 pF.  Oscillation Detection  1.  In the Detect oscillation section of the TEVC tab, you can choose to  Reduce gain in 50% steps or Set Gain to minimum.     Figure 29. Oscillation detection settings for voltage‐clamp modes  (TEVC, dSEVC).  2.  Enable Detect oscillation.   3.  Increase the gain until the amplifier oscillates. The following message  will appear when an oscillation is detected. This will typically happen  at gains between 1000 and 2000 in TEVC mode.      44 ...
  • Page 59 Setup and Tutorials      Figure 30. Oscillation detected message for voltage‐clamp modes  (TEVC, dSEVC).   4.  Below is an example of a typical oscillation, showing that it was  detected and removed in about 2 ms.     Figure 31. Automated suppression of voltage signal oscillation in TEVC  mode. IN0 is 10× the membrane voltage.  Note: Oscillation detection and correction is available in IC (both  channels), DCC, dSEVC, and TEVC modes, but not in I=0 or HVIC  modes.  45 ...
  • Page 60: Tevc Using The Mco-2U Oocyte Model Cell And Vg-9A Bath Clamp

    User Guide for Axoclamp 900A II. TEVC Using the MCO‐2U Oocyte Model Cell and VG‐9A Bath  Clamp  Oocytes are large cells used to study ion channels heterologously.  Membrane currents from these heterologously expressed channels can be  quite high (> 50 μA). When the currents are large, bath resistance, which is  typically a few kΩ, can cause significant errors in measurements. For  example, a bath resistance of 1 kΩ will lead to cell voltage errors of 1 mV  per μA. Additionally, in ligand‐gated channels, low membrane resistance  can lead to loss of tight voltage clamp when high current is passed. This  procedure explains how to overcome each of these problems.  Equipment required:  MCO‐2U model cell.  HS‐9A ×1 as voltage monitoring headstage.  HS‐9A ×10 as current‐passing headstage.  VG‐9A ×100 bath clamp. Instructions:  1.  Connect headstages to headstage inputs:  a.  HS‐9A ×1 cable to the CHANNEL 1 HEADSTAGE.  b.  HS‐9A ×10 cable to the CHANNEL 2 HEADSTAGE.  c.  VG‐9A ×100 bath clamp cable to one of the auxiliary headstage  inputs on the rear panel.  2.  Connect:  a.  HS‐9A ×1 headstage to the E#1 input to the model cell.  b.  HS‐9A ×10 headstage to the E#2 input to the model cell.  46 ...
  • Page 61 Setup and Tutorials  c.  Connect the red (sense) and white (bath) sockets on the VG‐9A  headstage to the same colored terminals on the MCO‐2U via  short wires supplied with the MCO‐2U model cell (< 2 inches  with 2 mm pins on either end).  3.  Make sure the MCO‐2U switch is in the 1 MΩ position (typical  membrane resistance).  4.  Connect the SCALED OUTPUT BNCs for Channels 1 and 2 to  oscilloscope channels 1 and 2 and connect the SYNC OUTPUT BNC  on the rear panel to the oscilloscope external trigger input.   and accept the warning.  5.  Press the Reset to Program Defaults button   value for Headstage 1 is 10 MΩ and the R  value for  6.  Verify that the R Headstage 2 is 1 MΩ.  7.  Zero the Pipette Offset for Channels 1 and 2 (outlined in the Current  Clamp section).  8.  Set the Headstage 1 Tuning level to 10 nA by clicking in the Tuning  field, typing ‘10 <ENTER>’   . Enable  Tuning by checking the box.   9.  For the SCALED OUTPUT signals select:  a.  Channel 1 “Membrane Potential, 10 mV/mV”.  b.  Channel 2 “Membrane Potential, 10 mV/mV”.  10.  Oscilloscope channel 1 should show a positive 100 mV step followed  by a 10 mV ramp and then a negative 100 mV step and 10 mV ramp.  11.  The step should have a rise time of about 50 μs. As this is already  quite fast, no neutralization of pipette capacitance is normally ...
  • Page 62 User Guide for Axoclamp 900A 12.  Since Headstage 2 is plugged into the model cell E#2 input,   triangular wave.   oscilloscope channel 2 should show a 10 mV   Figure 32. IC mode with 10 nA Tuning pulse in channel 1. IN0 is 10× the  membrane voltage in channel 1 and IN1 is 10× the membrane voltage in  channel 2.    13.  In the TEVC tab set the Lag to about 0.2 ms.     14.  Select TEVC mode.  15.  For the SCALED OUTPUT signals select:  a.  Channel 1 “Headstage 1, Membrane Potential, 10 mV/mV”.  b.  Channel 2 “Headstage 2, 0.1xMembrane Current (0.1 V/μA)”.    16.  Turn on a 50 mV Seal Test pulse.  17.  Increase the Voltage Clamp Control (AC) Gain until the voltage trace  in oscilloscope channel 1 begins to overshoot on the leading edge.  This should occur between a gain of 3000 to 3500. Do not increase  gain beyond this, as the system will oscillate. The scope should look  like this (see below).  48 ...
  • Page 63: Dc Restore

    Setup and Tutorials    Figure 33. TEVC mode with the MCO‐2U model cell. IN0 is 10× the  membrane voltage. IN1 is the membrane current (0.1 V/μA). The voltage‐ clamp gain is 4500.  The current settling time (lower trace) should be around 1 ms. The fast  rise time of the membrane voltage (top trace) is caused by the “1K”  bath resistance in the model cell. As the current decreases to zero the  cell voltage is clamped at the 50 mV command voltage.  18.  Switch the MCO‐2U switch to the 10K position. Notice the steady  state current during the voltage pulse increases (channel 2 on the  oscilloscope) by about 450 mV (4.5 μA) and the voltage clamp voltage  drops to about 48 mV due to the extra load.  DC Restore  DC Restore provides optimal voltage control for large currents in the  absence of voltage steps. It is especially useful for recordings of ligand‐ gated channels or other measurements not requiring voltage steps. This  feature works with both TEVC and dSEVC modes.  1.  To demonstrate DC Restore, uncheck Seal Test and check Holding.  2.  Move the MCO‐2U switch to 1 MΩ.  3.  Set the Holding level to 50 mV and verify that the voltage ‘V’ in the  Headstage 1 section at the top of the Axoclamp 900A Commander  reads 50 mV.  4.  Move the MCO‐2U switch to 10 kΩ.  49 ...
  • Page 64: Tutorial 5: Auto Mode Switching

    User Guide for Axoclamp 900A 5.  The ‘V’ meter in the software will drop to about 47 mV.  6.  Check DC Restore.  7.  The ‘V’ meter will return to 50 mV. This demonstrates the DC gain is  very high (typically > 1,000,000).  8.  Reduce the Voltage Clamp Control (AC) Gain to 500 and note the ‘V’  meter stays at 50 mV indicating that the high DC gain is still clamping  the voltage even at low AC gain.  9.  Verify that the AC gain is low. Uncheck DC Restore and note that the  ‘V’ meter reading drops to less than 40 mV, showing a > 10 mV loss of  DC voltage clamp.   Tutorial 5: Auto Mode Switching  In addition to manually controlled mode switching from Axoclamp 900A  Commander, Axoclamp 900A has the ability to automatically switch  between I‐Clamp and V‐Clamp modes and back again. Auto mode  switching allows the user to set up parameters to switch automatically  from I‐Clamp mode to either dSEVC mode or TEVC mode and back to   I‐Clamp mode. The switching can be triggered by an external input or by a   threshold crossing.  positive or negative V Prior to enabling Auto Mode Switching:  I‐Clamp mode must be configured.  The voltage‐clamp mode that will be switched into must also be  configured (by following the procedures outlined in the appropriate  tutorial).  The switch to V‐Clamp mode can be initiated by:  The external MODE BNC input going high (2–5 V) or low (0–0.8 V).  50 ...
  • Page 65: Example Of Auto Mode Switching

    Setup and Tutorials  The Headstage 1 Membrane Potential passing through a pre‐ determined level. The direction it passes through the level is also  programmable (negative to positive or positive to negative).  Going into V‐Clamp can be instantaneous (< 2 ms) or can be delayed  up to 500 ms.  Returning to I‐Clamp mode can be programmed to be:  Manual return.  On external MODE BNC input going low or high, depending on how  the logic is set for going into voltage‐clamp mode.  After a programmable time ranging between 2 ms and 500 seconds.  Example of Auto Mode Switching  The following switches from I‐Clamp to TEVC mode when membrane  voltage in headstage 1 passes through +20 mV in a negative to positive    direction. It stays in TEVC mode for 500 ms generating a 0 mV to 10 mV 10 Hz Seal Test waveform and then returns to I‐Clamp. The cycle then  repeats.  Set up both I‐Clamp and V‐Clamp modes using the appropriate tutorials  and model cell prior to going into AUTO mode. This will prevent  oscillations when switching into a new mode.   Make sure to uncheck Oscillation Detection in the appropriate V‐Clamp tab  when setting up the V‐Clamp mode.   To initiate an I‐Clamp to V‐Clamp transition, a waveform in headstage 1  that moves through +20 mV is required. To do this we will use a TUNE  input from Headstage 2.   1.  In Channels 1 & 2 select IC mode.  51 ...
  • Page 66: Setup Of Auto Mode

    User Guide for Axoclamp 900A 2.  For the SCALED OUTPUT 1 signal select “Headstage 1, Membrane  Potential (10 mV/mV)”.  3.  For the SCALED OUTPUT 2 signal select “Headstage 2, Membrane  Potential (10 mV/mV)”.  4.  Connect SCALED OUTPUTS 1 & 2 to oscilloscope channels 1 & 2.  5.  In the I‐Clamp 2 tab set the TUNE input for Headstage 2 to 1 nA.  6.  Oscilloscope Channel 1 should show a 50–400 mV triangular wave  with rounded sides. This equates to a 5–40 mV waveform that will  trigger the mode change when enabled.  7.  Enable a 10 mV Seal Test waveform at 10 Hz when in TEVC mode.  This pulse will be delivered once TEVC mode is entered.   Setup of Auto Mode          1.  Press the Options button.  2.  Select the Auto tab.  Figure 34. Settings dialog for Automatic Mode Switching.  52 ...
  • Page 67 Setup and Tutorials  3.  Select TEVC.   threshold crossing.  4.  Select On negative to positive V 5.  Set the Membrane potential (V ) threshold to +20 mV.  6.  Set Return to I‐Clamp after 500 ms.  In order to monitor mode changes on the scope we need to program the  SYNC BNC to follow mode changes: 7.  Click on the General tab.  8.  In the Sync Output group click the Mode radio button. This makes rear  panel SYNC BNC follow mode signals. LOW is I‐Clamp and HIGH is  V‐Clamp.    Figure 35. Setting up Sync Output.  9.  Close the dialog.  53 ...
  • Page 68 User Guide for Axoclamp 900A 10.  Connect oscilloscope channel 1 to Headstage 1 SCALED OUTPUT.  11.  Connect oscilloscope channel 2 to rear panel SYNC BNC.  12.  In the Headstage 2 meter group, click Switch to TEVC at threshold.    The following waveforms should result:  Figure 36. Automated Mode Switching signals. IN0 is 10× the membrane  potential in Channel 1. IN1 is the Mode signal. HIGH is V‐Clamp mode  and LOW is I‐Clamp mode.  Explanation of the waveform:  ο The membrane potential starts at zero in I‐Clamp mode.  ο Headstage 2 injects a 1 nA current into the membrane.  ο This current is picked up in Headstage 1 as seen at the 50 ms  point with the exponentially rising membrane potential.  54 ...
  • Page 69: Tutorial 6: High-Voltage Current Clamp (Hvic)

    Setup and Tutorials  ο When the membrane potential reaches 20 mV the mode is  changed to V‐Clamp (lower trace).   ο Seal Test is started delivering 0 to 10 mV at 10 Hz voltage‐clamp  command.  ο 500 ms later, the programmed time to be in V‐Clamp mode, the  system returns to I‐Clamp.  ο The cycle repeats.  Tutorial 6: High‐Voltage Current Clamp (HVIC)     High‐voltage current clamp (HVIC) is only available on HEADSTAGE 2.  HVIC is used primarily for extracellular iontophoresis applications, when  large currents need to be injected into the preparation, or electrode  resistance is very high. For example, if you want to pass 1 μA current into  the CLAMP‐1U model cell it requires more than 100 V of dynamic range  for the driving electrode.   The downside is that capacitance neutralization is not available, so speed is  slower and noisier than normal current clamp.   Note: If you are using currents below 10 nA then you may see zero offsets.  If this is so, you should use a small holding current to offset the error. Equipment required:  CLAMP‐1U model cell.  HS‐9A ×1.  Instructions: 1.  Connect the HS‐9A ×1 headstage connector to HEADSTAGE 2.  2.  Disconnect HEADSTAGE 1 (do not leave it connected as it will  saturate with the test signals used in this section).  55 ...
  • Page 70 User Guide for Axoclamp 900A 3.  Connect the CLAMP‐1U model cell to the HS‐9A ×1 headstage, and  the ground wire between the CLAMP‐1U and the HS‐9A ×1.   and accept the warning.  4.  Press the Reset to Program Defaults button  5.  In the Headstage 2 tab select HVIC.  6.  In I‐CLAMP 2 tab, set 1000 nA of Tune current and enable the Tuning  checkbox.  7.  Connect scope channel 1 to SCALED OUTPUT 1.  8.  The Channel 1 SCALED OUTPUT Signal selected should be  “Headstage 2, 0.1× Membrane Potential”.  9.  Connect scope channel 2 to SCALED OUTPUT 2.  10.  The Channel 2 SCALED OUTPUT Signal selected should be  “Headstage 2, 0.1× Membrane Current”.  Figure 37. HVIC mode. IN0 is the headstage voltage ×0.1 (100 V ).  IN1 is the membrane current (1 V/μA). The rise time of the current signal is  about 1 ms.  The waveform shapes are similar to normal I‐Clamp. However, the  speed is slower but compliance is much higher (up to ±180 V ).   then you can  11.  If the membrane voltage waveform is less than ±10 V use Bridge Balance if the signal selection is “Membrane Potential   (1 mV/mV)”.  56 ...
  • Page 71 Setup and Tutorials  12.  Reduce the Tuning amplitude to 100 nA.   13.  Select “Membrane Potential (1 mV/mV)”.  Figure 38. Bridge Balance settings.  14.  Check Bridge Balance and balance bridge ~50 MΩ.  Figure 39. HVIC mode with Bridge Balance.  15.  HVIC with Bridge Balance (50.1 MΩ).   The 1 ms spikes in the voltage trace are caused by slower response of  HVIC.  57 ...
  • Page 73: Chapter 4: Guide To Electrophysiological Recording

    Guide to Electrophysiological Recording  Chapter 4: Guide to Electrophysiological Recording   The purpose of this chapter is to provide practical advice on sharp  microelectrode recording with the Axoclamp 900A. It includes both  tutorial‐style guidance and technical details for reference. This information  has been distilled from textbooks on the subject (see References at the end  of this manual) and from experienced researchers working in laboratories  around the world. However, as is the case for all advice (and particularly  that pertaining to research), the suggestions given here should be taken as  provisional until they have been tested in your own circumstances.  General Advice  Chamber Design  The tissue chambers used in many in vitro electrophysiological  experiments usually have four main requirements:  A perfusion system for keeping the tissue alive and applying drugs.  A method for keeping the tissue mechanically stable.  Optical properties suitable for observing the tissue and positioning  electrodes.  59 ...
  • Page 74: Perfusion

    User Guide for Axoclamp 900A  An electrically stable bath (reference) electrode.  Perfusion  Normally the external solution used in vitro experiments is a pH‐buffered  salt solution that mimics the extra‐ or intracellular composition of the cells   (to maintain the  under study. Sometimes the solution is bubbled with CO  (to maintain the metabolic  pH of bicarbonate‐buffered solutions) and/or O viability of the cells). Some cells (e.g., those in retinal slices) have unusually   solution to  high metabolic rates and require fast perfusion with high‐O remain viable. Other cells (e.g., neurons in dissociated cell culture) may not  need any perfusion or bubbling at all. Because the health of the cells is the  single most important factor in determining the success of your  experiments, it is worth spending some time establishing the optimal  conditions for cell survival.  Mechanical Stability  Sharp microelectrode recordings are not robust in the presence of  vibrations, and neither are they tolerant of large drifts in the tissue or  electrode that tend to pull the electrode out of the cell. For this reason, it is  important to use a good, drift‐free micromanipulator for the electrode, and  to secure the tissue or cells in the chamber so they cannot move very far.  Tissue slices are commonly held in place in the chamber by a weighted  “net” or “grid” of fine threads.  A grid is easily made as follows. Bend a piece of 0.2–0.4 mm diameter  platinum wire into a ring small enough to fit in the bottom of your  chamber, then flatten the wire in a vise. Using a pair of fine forceps, pull a  single strand of nylon thread off a ~1 m length of unwaxed nylon dental  floss. (It is very wispy but remarkably strong.)  Wrap the thread tightly in a  spiral around a strip of thin black card about 3 × 10 cm, securing each end  with sticky tape. Bending the card slightly, slip the flattened platinum ring  under the threads, and adjust its position and the spacing of the threads  until the optimal grid pattern is obtained. Finally, add a tiny spot of  cyanoacrylate glue to each thread crossing point and, after it is dry, cut the  completed grid free.  60 ...
  • Page 75: Optics

    Guide to Electrophysiological Recording  Optics  It is difficult to generalize about the optical requirements of the chamber,  since the optical technology in use may range from a simple dissection  scope to a multiphoton microscope. In general, however, it is probably best  to build a chamber with a glass microscope coverslip forming the bottom,  to ensure the best possible optical clarity.  Bath Electrode  The simplest kind of bath electrode is a chlorided silver wire placed in the  bath solution. However, if the chloride ion concentration of the bath is  altered by perfusion during the experiment, this kind of electrode can  introduce serious voltage offset errors. In this case it is essential to use a salt  bridge for the bath electrode.   In any case, at the end of every experiment it is good practice to check for  drift in electrode offsets. This is easily done by pressing the I=0 button on  the Axoclamp 900A Commander. This displays on the meter the pipette  voltage required for zero current through the electrode. If, for instance, the  meter shows 2 mV, there has been a 2 mV drift since the electrodes were  nulled at the beginning of the experiment, and your voltage values may be  in error by at least this amount. Large offset errors may indicate that your  electrode wires need rechloriding, or a fluid leak has developed in your  chamber, causing an electrical short circuit to the microscope.  If you use both headstages on the Axoclamp 900A (e.g., for making  simultaneous recordings from pairs of cells) you may wonder whether one  or both headstage ground sockets need to be connected to the bath  electrode. We have found empirically that the noise in the recordings  depends on which headstage is grounded and what mode it is in   (V‐Clamp or I‐Clamp). It is helpful to have a wire connected from each  headstage to the bath electrode, with the connection able to be switched off  by a toggle switch without bumping the electrode. In this way the best  grounding configuration can be established during the experiment.  61 ...
  • Page 76: Interfacing A Computer

    User Guide for Axoclamp 900A  Interfacing a Computer  Because the Axoclamp 900A is a computer‐controlled instrument, the  installation of a computer in your electrophysiology rig is obligatory. The  minimum computer configuration requires a USB port for communicating  with the Axoclamp 900A. However, in order to make full use of the power  and convenience of your computer, it is recommended that you also attach  a digitizing interface, such as the Digidata 1440. An interface allows you to  generate command signals and save the data in a very flexible manner,  without the cost and complexity of a conventional system based on  stimulators, digital oscilloscopes, laboratory tape recorders and chart  recorders. Digitizing interfaces are typically connected to the computer via  a card (i.e., a USB card) that is provided with the interface.   Finally, it is necessary to install software to control the interface. Software is  available from Molecular Devices (pCLAMP) or other vendors, or you can  write your own. To be able to telegraph to the Axoclamp 900A you need to  use pCLAMP 10. The beauty of the Axoclamp package is that you are not  tied to any particular PC data acquisition software. Any PC‐based software  that is able to control the digitizing interface is acceptable, while the  Axoclamp 900A Commander runs in the background controlling the  Axoclamp 900A.  Noise  Measurement of Noise  Noise is reported in two different ways in this manual.  Peak‐to‐peak (p‐p) noise. This measure finds favor because it is easily  estimated from an oscilloscope and its meaning is intuitively obvious.  A disadvantage is that it is very insensitive to structure in the noise  (e.g., different frequency components). For this reason, it is most  commonly used for quantifying “white” noise (see Filters in this  chapter).  62 ...
  • Page 77: Sources Of Noise

    Guide to Electrophysiological Recording  Root‐mean‐square (rms) noise. This is essentially the “standard  deviation” of the noise and can be calculated using a computer or an  electronic circuit designed for this purpose. For white noise, the rms  noise is approximately one‐sixth the peak‐to‐peak noise.   When reporting measured noise, the bandwidth (i.e., filter cutoff  frequency) must always be stated.  Sources of Noise  Cell and Seal  V‐Clamp:  The higher the resistance (R) and the smaller the capacitance (C)  between the interior of the electrode and ground, the smaller the current  noise. In whole‐cell recordings (smaller R, larger C) the noise of the cell  usually dominates, meaning that subsequent noise sources (listed below)  become less important.   I‐Clamp:  The voltage noise is dominated by the load resistance but is also  affected by the stray capacitance. For a purely resistive load the noise is   (10 kHz bandwidth), where R is the  given approximately by 12√R μV parallel combination of the current injection resistor (R ) and the load  resistance (i.e., the electrode resistance plus input resistance of the cell).  Thus, a low resistance electrode/cell combination is preferred. A large stray  capacitance will reduce the noise by acting like an RC filter, but this will  also reduce the measurement bandwidth. Increasing the Capacitance  Neutralization setting will improve the bandwidth but increase the noise.  Electrode and Holder  V‐Clamp:  Current noise increases markedly with electrode capacitance.  This can be minimized by coating the electrode, and by other strategies.  Increasing electrode resistance apparently decreases the current noise, but  this is due to the RC filtering effect of the electrode resistance in parallel  with the electrode capacitance. In fact, it is desirable to decrease the  electrode resistance in order to maximize the bandwidth of the clamp, even  if this apparently increases the noise of the recording.  63 ...
  • Page 78 User Guide for Axoclamp 900A  I‐Clamp:  Voltage noise increases markedly with electrode capacitance and  resistance. Thus, both should be minimized as much as possible (see Sharp  Microelectrode Recording in this chapter).  Headstage Circuit  V‐Clamp:  Current noise decreases as the value of the current injection   should be  resistor (R ) is increased. Thus, for minimum noise the largest R chosen, subject of course to range limitations.    is decreased, but R   I‐Clamp:  Voltage noise decreases as the value of R should be chosen so that it matches the load resistance (i.e., sum of  electrode and cell resistance) within a 1:10 ratio (a 1:5 ratio is optimal).   = 50 MΩ will work optimally for loads between 10 MΩ and   Thus, R 250 MΩ. This range limitation is determined by the effectiveness of the  Capacitance Neutralization circuit.  Compensation Circuits  V‐Clamp:  Increasing Voltage‐Clamp Control Gain is required for optimal  voltage control and bandwidth, but can decrease voltage‐clamp stability  and lead to oscillations that can kill cells. Changing the Lag is used to  enable higher gains while preventing oscillation. These changes typically  need to be made iteratively for best results.  I‐Clamp:  Increasing Pipette Capacitance Neutralization increases the  voltage noise, because the compensation circuit employs positive feedback  that injects noise back into the headstage.  Power Supply  Noise can arise from earth loops, power supply glitches and radiation from  nearby instruments (see Grounding and Hum, and Power Supply).  Computer Noise  Digital computers can generate considerable electrical noise, both via the  power ground and via radiative interference from the monitor. For optimal  64 ...
  • Page 79: Bath Error Potentials

    Guide to Electrophysiological Recording  noise performance of the Axoclamp 900A, careful attention should be paid  to the placement of the computer. For example, the monitor should not be  placed immediately above or below the Axoclamp 900A in the instrument  rack.   Bath Error Potentials   In most experiments, the bathing solution is grounded by a solid  grounding electrode (such as an agar/KCl bridge) and all measurements  are made relative to the system ground (on the assumption that the bath is  – also at ground). This assumption may not be true if Cl concentration or  temperature of the bathing solution is significantly changed, if there is  restricted access from the extracellular space to the grounding point, or if  the membrane current is sufficiently large as to cause a significant voltage  drop across the resistance of the grounding electrode. The latter  circumstance would normally occur only when voltage clamping very  large cells such as Xenopus oocytes, in which case the ionic current may be  of the order of several microamperes or even several tens of microamperes.  Depending upon the method of grounding, the resistance of the bath‐ grounding electrode (R ) could be as much as 10 kΩ, although with care it   values less than 1 kΩ.  is not difficult to achieve R  is indistinguishable  In a simple TEVC setup, the voltage drop across R from the membrane potential. That is, the potential recorded by the  voltage‐recording micropipette (V ) is the sum of the transmembrane  potential (V ) and the bath potential (V ). Problems arise if the product of   is significant. For example, for I  = 5 μA and   the clamp current (I ) and R  = 2 kΩ, the voltage error is 10 mV. In some experiments, a worst‐case  error of this magnitude might be tolerable, but if the error were to be much  greater, the position of I‐V curves and other responses would be seriously  affected. ...
  • Page 80: Minimize R

    User Guide for Axoclamp 900A  The following four procedures to minimize the effect of errors introduced   are listed in the preferred order of implementation. Please see the  by R summary at the end of this section.    (1) Minimize R Steps should always be taken to minimize R . There are three main  contributors to R :  1.  The cell access resistance from the membrane surface to the bath.  2.  The resistance of the grounding pellet.   3.  The resistance of the agar bridge (if used).  Typical values of the access resistance of a 1 mm diameter sphere in  Ringer’s solution (such as an oocyte) are on the order of 150–200 Ω. This is  a given, and no amount of manipulation can alter this for a given set of  experimental conditions; fortunately it is relatively small. On the other  hand, the resistance of the grounding pellet and agar bridge are larger, but  one can take precautions to minimize them. A 1 mm diameter Ag/AgCl  pellet in Ringer’s solution has a resistance of 300–600 Ω, depending on how  much of the surface is in contact with the saline. The larger the surface area  in contact with the saline, the smaller the resistance.  The resistance of an agar bridge depends on the length and diameter of the  bridge, as well as what is inside (i.e., Ringer’s solution vs. 3 M KCl). For a   1 cm long bridge:    1 mm diameter  2 mm diameter    Ringer’s  10.2 kΩ  2.6 kΩ    3 M KCl  510 Ω  130 Ω  Therefore, to minimize R , it would be best to eliminate the agar bridge and ...
  • Page 81: Clamp V  Using A Bath Clamp Or Virtual Ground

    Guide to Electrophysiological Recording  experiment, the DC offset of the Ag/AgCl pellet will change with the  chloride activity. In these cases, it is essential to use an agar bridge to  prevent the DC offset of the bath from changing. Another advantage of an  agar bridge is that it prevents metal ions from the grounding electrode  from entering the bathing solution.   when using an agar bridge, it is best to fill the  In order to minimize R bridge with 3 M KCl instead of Ringer’s solution. When the agar bridge is   is approximately   filled with 3 M KCl, the sum of all components of R 1–2 kΩ. If leakage of KCl from the agar bridge is a problem, it may be   is several  necessary to fill the agar bridge with Ringer. In this case, R kilohms.   in Bridge mode by placing both micropipettes  One can actually measure R in the bath. Put the micropipette connected to CHANNEL 1 on the far side  of the micropipette connected to CHANNEL 2, away from the bath   square wave command delivered to the EXT.  electrode. A 100 Hz, 10 V  current. The response  CHANNEL 2 COMMAND input produces a 1 μA measured with the micropipette connected to CHANNEL 1 is 1 mV/kΩ. If  the product of the measured bath resistance and the magnitude of the  expected current is such that significant voltage errors may result, then it is  necessary to clamp the bath potential to zero using a virtual ground circuit,  as described below.   Using a Bath Clamp or Virtual Ground  (2) Clamp V Another means to eliminate the effect of the voltage drop across R , or  minimize V , is to actively control the bath potential, measured near the  outside surface of the cell. This is achieved using a two‐electrode virtual‐ ground circuit:   67 ...
  • Page 82: Independently Measure V  And Subtract It From The Channel 1 Potential

    User Guide for Axoclamp 900A     Figure 40. Bath clamp.  One electrode (SENSE) is a voltage‐sensing electrode. It is placed in the  bath near the cell surface. It is connected to the virtual‐ground circuit by an  agar bridge, or other means, of resistance R . Since there is no current  flowing through this electrode, there is no voltage drop across R . The  other electrode (I ), with resistance R , is also placed in the bath. This  BATH electrode carries the ionic current. The feedback action of the operational  amplifier ensures that the potential at the SENSE electrode is equal to the  potential at the positive input; i.e., 0 mV, irrespective of the voltage drop  across R .   This configuration is particularly recommended for voltage clamping  oocytes. The VG‐9A ×100 bath clamp is required for the fastest responses  and guaranteed stability. Connect this headstage to the AUXILIARY 1  HEADSTAGE input.   and Subtract it from the CHANNEL  (3) Independently Measure V 1 Potential  When an HS‐9A headstage is connected to the rear‐panel AUXILIARY 1  HEADSTAGE connector, measurements by both CHANNEL 1 and  CHANNEL 2 are automatically made relative to the potential recorded by   is unaffected by any changes in V  produced  this headstage. Therefore V by line‐frequency pickup or by changes in the temperature or ionic   is not measured the system  composition of the bath solution. If V automatically reverts to using the system ground as the reference potential.   68 ...
  • Page 83 Guide to Electrophysiological Recording  Any of the HS‐9A series headstages can be used to record V . Headstage  gains of ×10, ×1 and ×0.1 are suitable. The ×10 headstage can also be used,  although at the risk of slightly greater high frequency noise.   A broken 3 M KCl‐filled microelectrode or a blunt patch pipette filled with  the normal external solution works well as an extracellular bath  microelectrode. During recording it is positioned close to the cell, and is  shielded from the current‐passing electrode. The bath microelectrode  cannot be used for current passing.  Grounding  Irrespective of whether or not the bath potential is measured, the  preparation bath should be grounded by directly connecting it to the  yellow ground connector on the back of the CHANNEL 1 headstage (or to  a virtual‐ground headstage if used).   Measurement  Bandwidth of V  bandwidth is internally filtered to a –3 dB cutoff of 300 Hz before it  The V is fed back and subtracted from the measurements made by CHANNEL 1  and CHANNEL 2. The voltage recorded by the bath microelectrode is  available at the SCALED OUTPUT signal BNC on the front panel. You can  select these auxiliary signals instead of the main headstage signals in the  Commander software.    errors the frequency response of a  To be effective in compensating for R bath voltage electrode should match the voltage recording electrode  frequency response. At the same time it is most important for the bath  voltage signal to be appropriately attenuated at high frequencies, since this  signal is not inverted and, thus, presents a positive feedback pathway that  can potentially destabilize the clamp. For optimum voltage‐clamp  performance, the bandwidth of the bath potential is limited to 300 Hz  before it is subtracted from the potentials recorded by CHANNEL 1 and   is effective for series  CHANNEL 2 (see Finkel & Gage, 1985). Therefore V resistance compensation only up to frequencies of 300 Hz. This may not be  sufficient for some purposes. In this case actively clamping the bath   compensation.  potential is a superior alternative method for R 69 ...
  • Page 84: Summary

    User Guide for Axoclamp 900A  Summary  In summary, we recommend that in experiments where the voltage‐clamp   by  current is substantial you should take steps to minimize the value of R appropriately selecting the bath electrodes. If this is insufficient, actively  clamp the bath potential (V ) using a bath‐clamp or virtual‐ground  headstage. Finally, if for some reason this approach is inappropriate,  consider using an HS‐2 or HS‐9 series headstage to measure and subtract   from the recording pathway.   Headstages  HS‐9A Series  HS‐9A and VG‐9A series headstages are the standard headstages used for  the Axoclamp 900A and include HS‐9A ×0.1, HS‐9A ×1, HS‐9A ×10, VG‐9A  ×10, and VG‐9A ×100. Two headstages come standard with each Axoclamp  900A amplifier: HS‐9A ×0.1 and HS‐9A ×1. Other headstages may be  substituted on request at the time of purchase.   All headstages record voltage at unity gain. Several headstage current  gains (H) are available. Axoclamp 900A Commander Scaled Outputs  indicate the scaling of signals from each headstage, including the output  gain. All H values are powers of 10. Small H values are used with high‐ resistance cells and electrodes. Large H values are used to pass large  currents.  H = ×10, ×1, ×0.1 are for recording and clamping.   VG‐9A Series  The virtual ground headstages are optional and are not required for normal  operation. Virtual‐ground headstages measure the total bath current and  are recommended for two‐electrode voltage clamp. They are also useful in  clamping the bath when there may be changes in the bath potential caused  by changes in temperature or ion concentration in the bath (the VG‐9A ×100  70 ...
  • Page 85: Current Clamp Circuit

    Guide to Electrophysiological Recording  is recommended if this is the only intended use). Virtual Ground output  attenuation (VG) specifies the sensitivity. The smaller VG is more sensitive  and it is used for low currents.  Current Clamp Circuit  In I‐Clamp mode a separate headstage circuit is used, called a voltage  follower. The essential features of a voltage follower are shown in Figure  Figure 41. A1 is an (effectively) infinite input resistance, unity‐gain op amp,  the output of which is the pipette voltage, V . A2 is a summing amplifier  used for injecting current into the cell. The voltage across the headstage   is equal to V  regardless of V  is  resistor R . Thus the current through R  / R given exactly by I = V . If stray capacitances are ignored, all of this  current is injected into the cell.    Figure 41. Voltage follower headstage.   is limited to 12 V in the Axoclamp 900A, which in turn limits the  Note: V maximum amount of current that can be injected through the headstage   = 100 MΩ, the maximum  resistor into the electrode. For example, with R current that can be injected is 12 V/100 MΩ = 120 nA. These current limits  are listed in Table 1, page 74.  71 ...
  • Page 86: Mounting The Headstage

    User Guide for Axoclamp 900A  Mounting the Headstage  For maximum mechanical rigidity, the HS‐9A headstage should be  mounted directly to the head of the micromanipulator using the dovetailed  mounting plate.                Figure 42. HS‐9A headstage attached to a mounting plate.  Bath Connection  The bath (or ground) electrode should be connected to the gold‐plated  1 mm plug on the rear of the headstage. The bath should not contact any  other ground (e.g., Signal Ground).  Static Precautions  The headstage can normally be safely handled. However, if you are in a  laboratory where static is high (i.e., you hear and feel crackles when you  touch things) you should touch a grounded metal object immediately  before touching the headstage.  Acoustic Pick‐up  Rare cases have been reported in which the headstage was susceptible to  low amplitude acoustic pick‐up. For example, the audible hum of a nearby  72 ...
  • Page 87: Compatibility Of The Hs-2 And Hs-2A With The Axoclamp 900A

    Guide to Electrophysiological Recording  isolation transformer can acoustically couple to the input of the headstage.  This was traced to the silver wire of the electrode and was solved by  trimming off a fraction of the wire, thus changing its resonant frequency.  Compatibility of the HS‐2 and HS‐2A with the Axoclamp 900A  HS‐2 and HS‐2A headstages can be used with the Axoclamp 900A, but they  need to be connected using an adapter cable. Once this is done the  Axoclamp 900A Commander recognizes the headstage as a custom type  and prompts for current injection resistance and capacitance values.  This message appears on startup of the Commander.   Once a custom headstage is connected correctly the Commander can be  shut down and restarted without prompting for values again. To change a  custom headstage from one type to another the user can unplug and re‐ plug the cable from the back of the unit.      Figure 43. Custom headstage dialog. General Characteristics  The HS‐9A headstage buffers the high impedance of the microelectrode,  making the potential recorded by the microelectrode available to the rest of  73 ...
  • Page 88: The Meaning Of H

    User Guide for Axoclamp 900A  the circuitry. It also provides the means for injecting current into the  microelectrode and for neutralizing the input capacitance.  Current in each microelectrode is continuously measured during both  voltage clamp and current clamp. This measurement does not include  currents from sources other than the microelectrode (e.g., hum,  iontophoresis, the other microelectrode) and indicates zero if the  microelectrode blocks.  The Meaning of H  A precision resistor (R ) inside the headstage sets the headstage current  gain (H). The particular value of H used affects the Bridge range, the  sensitivity to current commands, the sensitivity of the current monitors and  the gain in SEVC mode. Since the effects always appear in multiples of ten,  they are easy to calculate. For your convenience, Table 1 summarizes these  effects. Note that voltage commands during voltage clamp and recorded  voltages are not affected by the headstage current gain value.     ×10 ×1 ×0.1 1 MΩ 10 MΩ 100 MΩ Max. Bridge Balance 8 MΩ 80 MΩ 800 MΩ Max. Step Command ±10,000 nA ±1000 nA ±100 nA Max.
  • Page 89: Guidelines For Selecting A Headstage

    Guide to Electrophysiological Recording  Guidelines for Selecting a Headstage  The H value required depends on the typical input resistances, R , of your  cells. The recommended values given in Table 2 are for micropipettes.  When patch pipettes are used, H = 0.1 should be selected as a matter of  course.  Some overlap in these recommendations is allowable. The guiding  principles are these:    H = ×10 for 200 kΩ < 5 < H = ×1 for 2 MΩ < 50 < H = ×0.1 for 20 MΩ < 500 < Table 2. Recommended H values for various cell input resistances.  1.  For maximum sampling rates in dSEVC and DCC modes use the  largest feasible H value. (This is because the current‐passing response ...
  • Page 90 User Guide for Axoclamp 900A  General Rule for Choosing a Headstage  The general rule for intracellular microelectrode recording is that the  resistor in the headstage (R ) should be between 1/3 and 3 times the value   value is less than 1/3 R of the electrode resistance, R . If the R , the  wideband noise will increase and the headstage leakage current might   value is greater than 3 times R cause DC errors. If the R , the voltage drop   during current passing might be excessive and the bandwidth  across R might be compromised.   is higher or lower than the recommended range, there is a  If the value of R gradual deterioration in performance. There is no catastrophic  diminishment of performance, and in many instances, the user will be   is as small as 1/10 or as large  blessed with adequate performance even if R as ×10 R .    RECOMMENDATION NORMAL INTRACELLULAR Follow the general rule. (BRIDGE) RECORDING Since there is no current passing, there is no upper EXTRACELLULAR limit on R .
  • Page 91: Headstage Connection

    Guide to Electrophysiological Recording  Headstage Connection  The threaded white socket is the microelectrode input. The connection  between the microelectrode and this socket should be kept as short as  possible.   Ground Output Connector (Gold)  The gold ground socket of the CHANNEL 1 headstage is the signal ground  and is used for grounding the preparation. Using this connection as the  preparation ground minimizes hum.  Interchangeability  Any unity‐gain headstage in the HS‐9A series can be used for CHANNEL 1  or CHANNEL 2. The headstages should not be exchanged while the  Axoclamp 900A is switched on.  Cleaning  To clean salt spills from the input connectors wipe with a damp cloth.  Avoid spilling liquids on the headstage.  Input Leakage Current  All DC‐connected systems suffer from the problem of drift. With changes  in temperature and the passage of time the DC transfer functions of all  semiconductor devices can drift by many millivolts away from their initial  values. The major worry in a microelectrode system is that the cumulative  effects of drift in various parts of the circuit may lead to the development of  a DC offset across the resistor (R ) used to set the H value. As a result, an  undesirable DC leakage current is injected into the microelectrode.  Careful consideration of this problem has been applied throughout the  design of the Axoclamp 900A and the overall DC offset has been made as  insensitive as possible to the drift in the integrated circuits. As well, special  low‐drift integrated circuits have been used in all critical positions. The  77 ...
  • Page 92: Input Resistance

    User Guide for Axoclamp 900A  magnitude of the DC leakage current increases with H. This normally  introduces no greater error in the DC offset voltage developed across the  microelectrode or the cell membrane because larger H’s are usually used  with lower‐resistance cells and microelectrodes.  Input Resistance  The input resistance of the headstages is predominantly related to R . A  circuit inside the Axoclamp 900A called a constant current source (CCS)   is independent  controls the voltage across R . Ideally, the voltage across R of the microelectrode voltage. The accuracy of the CCS in controlling the   is preset at the factory. Extremely stable components are  voltage across R used in the CCS so that the accuracy will not deteriorate with time. In   so that the input resistance is  general the CCS is effective to one part in 10  × 10 .  Other possible factors which would decrease the input resistance are  minimized. For example, the field effect transistor (FET) input of the  headstage is referenced to the input voltage rather than to ground. This  technique is known as bootstrapping. Thus the effective resistance of the  input is much greater than the already high resistance of the FET. Leakage  current and resistive loading through the insulation of the input socket are  minimized by using Teflon insulation and by driving the case with the DC  input voltage.  Holders  The HL‐U series holder provides a universal fit for a very wide range of  electrode diameters and will fit any of the U‐type headstages of Molecular  Devices amplifiers, including the HS‐9A and VG‐9A headstages.  Holder Design  The barrel of the holder is made of polycarbonate for lowest noise. There  are two different barrel lengths (16 mm and 28 mm). The shorter length  contributes less to instrument noise and is therefore suited to single‐ channel patch clamp recordings. Although the longer barrel will contribute  78 ...
  • Page 93 Guide to Electrophysiological Recording  more to the noise, the greater length may provide the needed clearance  between the headstage case and other components in the experimental  setup. To further minimize the noise contributed by the holder in single‐ channel recording, the holder uses a small (1 mm) pin for the electrical  connection and a large amount of insulating Teflon.  Mechanical stability of the electrode is assured in several ways (see Figure  44). As the pipette cap is closed, the cone washer is compressed on the  electrode from the force applied to the front and back of the cone washer.  The cap also forces the blunt end of the electrode against the rear wall of  the holder bore. (The electrode should always be inserted as far as it will go  in the holder.)  The holder mates with the threaded Teflon connector on   U‐type Molecular Devices headstages and is secured in place with a  threaded collar.    Figure 44. Exploded view of the HL‐U holder. The bore size of the HL‐U accepts pipettes with an outer diameter (OD) of   1.0–1.7 mm. Pipettes are secured by a cone washer with an inner diameter  (ID) that accommodates the pipette OD. Color‐coding aids identification of  the four sizes of cone washers: 1.0 mm (orange), 1.3 mm (clear), 1.5 mm  (orange) and 1.7 mm (clear). When the pipette OD falls between two sizes  of cone washers, the larger size cone washer should be used. For instance,  if the pipette OD is 1.6 mm, then use a cone washer with an ID of 1.7 mm.  An Ag/AgCl pellet offers no greater stability than properly chlorided silver  wire. Moreover, the diameter of the pellet (1 mm) restricts its use to  pipettes with a large ID (> 1.1 mm). Therefore, the HL‐U is supplied with  0.25 mm silver wire, which must be chlorided before use (see below).  79 ...
  • Page 94: Optional Ag/Agcl Pellets

    User Guide for Axoclamp 900A  Spare components included with each holder are: one 50 mm length of  silver wire, 40 cone washers (10 of each size), and one 70 mm length of  silicone tubing. Cut into 2 mm lengths, the silicone tubing will yield  approximately 30 replacement silicone seals. Additional cone washers,  silicone tubing, pins and silver wire can be purchased from Molecular  Devices, as well as optional Ag/AgCl pellet assemblies.  Optional Ag/AgCl Pellets  The HL‐U holder will accommodate a 1 mm diameter Ag/AgCl pellet that  should provide many months of DC‐stable recordings. The inner diameter  (ID) of the pipette must be > 1 mm. A wax‐sealed Teflon tube surrounds the  silver wire. This ensures that the electrode solution only contacts the  Ag/AgCl pellet. Three pellet assemblies are sold as HLA‐003.    Figure 45. Ag/AgCl pellet assembly.  Holder Use  Insertion of Electrode  Make sure the electrode cap is loosened so that pressure on the cone  washer is relieved, but do not remove the cap. Push the back end of the  electrode through the cap and cone washer until it presses against the end  of the bore. Gently tighten the cap so that the electrode is gripped firmly.  To minimize cutting of the cone washer by the sharp back end of the  electrode, you can slightly smooth the edges by rotating the ends of the  electrode glass in a Bunsen burner flame prior to pulling.  80 ...
  • Page 95: Holder Maintenance

    Guide to Electrophysiological Recording  Filling Electrodes  Only the taper and a few millimeters of the shaft of the pipette should be  filled with solution. The chlorided tip of the wire should be inserted into  this solution. Avoid wetting the holder since this will increase the noise.  Silver Chloriding  It is up to you to chloride the end of this wire as required. Chloriding  procedures are contained in many electrophysiology texts. For easy‐to‐use  recipes see Microelectrode Methods for Intracellular Recording and  Iontophoresis by Purves (page 51) and The Axon Guide (page 83).  Typically the chlorided wire will need to be replaced or rechlorided every  few weeks. A simple yet effective chloriding procedure is to clean the silver  wire down to the bare metal using fine sand paper and immerse the  cleaned wire in bleach for about 20 minutes, until the wire is uniformly  blackened. This provides a sufficient coat of AgCl to work reliably for  several weeks. Drifting or otherwise unstable offsets during experiments is  suggestive of the need for rechloriding. The chlorided region should be  long enough so that the electrode solution does not come in contact with  the bare silver wire.  Heat smoothing the back end of the electrode extends the life of the  chloride coating by minimizing the amount of scratch damage. Another  way to protect the AgCl coating is to slip a perforated Teflon tube over the  chlorided region.  Holder Maintenance  Cleaning  For lowest noise, keep the holder clean. Frequently rinse the holder with  distilled water. If more thorough cleaning is required, briefly wash in  ethanol or mild soapy water. Never use methanol or strong solvents.  81 ...
  • Page 96: Sharp Microelectrode Recording

    User Guide for Axoclamp 900A  Replacing the Silver Wire  To replace the silver wire, insert the nonchlorided end through the hole of  the silicone seal and bend the last 1 mm of wire over to an angle of 90°.  Press the wire into the back of the barrel making sure that the silicone seal  is flush with the back of the barrel. Slip the threaded collar over the back of  the barrel.   Sharp Microelectrode Recording  The HS‐9A headstage of the Axoclamp 900A contains a voltage‐follower  circuit that is activated when I=0 or IC (I‐Clamp) mode is selected.  Although the I‐Clamp circuit is designed to be used with high‐resistance  sharp microelectrodes, it can also be used with lower‐resistance patch  electrodes, which in some cases offer advantages. In this chapter it is  assumed for the most part that sharp microelectrodes are being used for the  I‐Clamp recording.   Microelectrode Properties  Users of sharp microelectrodes spend far more time than patch clampers  worrying about the properties of their electrodes. This is because the higher  resistance of sharp microelectrodes may introduce a number of undesirable  properties. For best results, the microelectrode voltage must settle rapidly  after a current pulse, and the microelectrode must be able to pass current  without large changes in resistance.  The important factors that need to be considered are discussed below.  Electrode Glass  Borosilicate glass is often used; however, through trial and error one type  of glass supplied by a specific glass manufacturer may have been shown to  yield the best results. It is suggested that the literature be consulted prior to  selecting glass for recording.  82 ...
  • Page 97 Guide to Electrophysiological Recording  Tip Resistance  Tip resistance (R ) should be as low as possible and consistent with good   allow for greater stability and  impalements of the cell. Low values of R faster settling time of the microelectrode.  Stability   of most microelectrodes changes with time and with current passing. R   is affected not only by the magnitude of the current but also by its polarity.  In general, microelectrodes of lower resistance are more stable during  current passing than those of higher resistance.   Settling time  The decay time constant of the microelectrode voltage after a current pulse   values produce faster settling times.  depends strongly on R . Thus, lower R  values are sometimes associated with a slow final decay  As well, high R even after the electrode capacitance has been eliminated.  Microelectrode Capacitance   but also on the  The settling time of a microelectrode depends not only on R transmural capacitance (C ) from the inside of the microelectrode to the   must be as small as possible. C  is  external solution. For fastest settling, C usually 1–2 pF per mm of immersion. In order to reduce the effect of C ,   using  two approaches may be taken. One is to electronically compensate C the Pipette Capacitance Neutralization control in the Axoclamp 900A  Commander. This is discussed below, in the section on “Impaling Cells”.  The other approach is to minimize the problem by careful experimental  design, as follows.  In an isolated preparation, lowering the surface of the solution as far as  possible can reduce C . For a long slender microelectrode, 200 μm or less is  regarded as a low solution level; 500 μm is tolerable. Deep is regarded as  ...
  • Page 98 User Guide for Axoclamp 900A  exposing the cells to the air unless a continuous flow of solution is  provided across or through the preparation. If evaporation is a problem, try  floating a layer of mineral oil on the surface of the solution. If used, this  layer of oil has the additional advantage of automatically coating the  microelectrode as it is lowered into the solution.  Precautions must be taken to prevent surface tension effects from drawing  a thin layer of solution up the outer wall of the microelectrode. If this film   will increase substantially. Because the  of saline is allowed to develop, C  will be very  film of saline has axial resistance the contribution to C nonlinear, and the voltage decay after a current pulse will either be  biphasic or slow, even when capacitance neutralization is used. To prevent  the saline film from developing, the microelectrode should be coated with a  hydrophobic material. This can be done just before use by dipping the  filled microelectrode into a fluid such as silicone oil or mineral oil. Another  method is to coat the microelectrode with Sylgard #184 or Q‐dope (model  airplane glue). The selected material should be painted onto the electrode  to within 100 μm of the tip.  Tip Potentials  During the passage of current, a slowly changing voltage may be generated  at the tip of a microelectrode. Changes in this tip potential are  indistinguishable from changes in the membrane potential and can  therefore be a serious source of error.  Identifying Tip Potentials  While the microelectrode is outside the cell, press the Pipette Offset  button to zero the offset. In IC mode, pass a constant current into the  bath for about 10 seconds; this can be done by setting a Holding  current in the Axoclamp 900A Commander and checking the Holding  checkbox. The current magnitude should be the same as the  maximum sustained current likely to be passed during the  experiment. When the current is switched off the recorded potential  should return to zero within a few milliseconds at most. Some  84 ...
  • Page 99: Filling Solutions

    Guide to Electrophysiological Recording  microelectrodes either return very slowly to zero potential, or not at  all. These micropipettes should be discarded.  While the experiment is in progress, occasionally check the resistance  of the microelectrode. Changes in tip potential are usually  accompanied by changes in microelectrode resistance.  Preventing Tip Potentials  Not much can be done to prevent tip potentials from changing but the  following may be helpful.  Sometimes the slow changes in tip potentials are worse when a AgCl  pellet is used instead of a Ag/AgCl wire. Some holders are acceptable  while other, ostensibly identical, holders are not. Therefore holders  should be tested and selected.  The variability of the tip potentials may be related to pressure  developed when the microelectrode is pressed into an unvented  holder. The suction port on the HL‐U series holders provided with the  Axoclamp 900A should therefore be left open.  Using filling solutions with low pH, or adding small concentrations of  polyvalent cations like Th , may reduce the size of the tip potential  and therefore the magnitude of any changes (Purves, 1981).  Filling Solutions  The best filling solution to use depends on the preparation under  investigation and the experience of the investigator. Although KCl gives  one of the lowest tip resistances for a given tip diameter, a KCl‐filled  electrode is not necessarily the fastest to settle after a current pulse;   K‐citrate is sometimes faster.  It is important to be aware that during current passing, large amounts of  ions from inside the microelectrode can be iontophoresed into the cell. For  example, if current is passed by the flow of ion species A from the  microelectrode into the cell, then after 50 seconds of current at 1 nA (or 1 s  85 ...
  • Page 100: Impaling Cells

    User Guide for Axoclamp 900A  of current at 50 nA) the change in concentration of A inside a cell 100 μm  in diameter is 1 mM. If A is an impermeant ion, the cell may swell due to  the inflow of water to balance the osmotic pressure. The injection of a  permeant ion, such as chloride, can significantly alter the equilibrium  potential for that ion.  Impaling Cells  Start with the Axoclamp 900A in IC mode (I‐Clamp):  Fill a microelectrode with internal solution and secure it firmly in the  pipette holder.   Be sure to support the headstage with your other hand so that the  micromanipulator does not have to absorb your force.   Advance the electrode until its tip enters the bath.   Press the Pipette Offset button to null the offset.  Check the stability of the bath electrode and microelectrode. Drifts in  Scaled Output: Membrane Potential indicates that the electrode wires  probably need to be rechlorided. Also check for a changing tip  potential by passing a steady current, as described above.  Check the Tuning checkbox and observe the Scaled Output:  Membrane Potential on a scope.   Move the electrode tip close to where cells are likely to be  encountered, and then increase Pipette Capacitance Neutralization in the  Axoclamp 900A Commander to give the fastest step response. It is  advisable to adjust the capacitance neutralization with the  microelectrode as close as possible to the final position, since moving   and invalidate the setting. It may be wise  the electrode can change C to slightly under‐compensate, because changes in the solution level  could lead to oscillations that may destroy the cell.  86 ...
  • Page 101: Theory Of Recording Modes

    Guide to Electrophysiological Recording  Press the Bridge Balance button. The value (MΩ) found for optimal  balance gives the resistance of the electrode; see Chapter 5, Bridge  Balance, for further details.   Sometimes the cell is impaled as soon as the microelectrode is pressed  against the cell surface. More often the microelectrode is advanced  until there is a slight deflection in the tip potential. At this point the  cell can be impaled by pressing the Buzz button or the Clear +/Clear –  buttons. If these fail, vibrating the microelectrode tip by lightly  tapping on the micromanipulator sometimes works. When the  electrode penetrates the cell there is a sudden change in the  Membrane Potential trace, reflecting the intracellular potential. The  voltage response to the Tuning steps will be slower and much larger,  reflecting the membrane time constant and input resistance.   After impaling the cell, it is often helpful to back off the  microelectrode slightly and allow the penetration to stabilize for a few  minutes. For some cells it may help to apply a small DC current to the  electrode (enough to produce several mV hyperpolarization) during  the penetration. Selecting the Holding checkbox and slowly increasing  the Holding value can apply this DC current.  Once the penetration has stabilized, you should recheck the Bridge  Balance and Pipette Capacitance Neutralization. Further details on  this are given in Chapter 5. It is sometimes useful to inject a small,  brief current pulse at the start of each sweep of data collection in order  to continually check the Bridge Balance setting during the course of an  experiment.  Theory of Recording Modes  Current‐Clamp Mode  In I‐Clamp mode the microelectrode voltages are monitored continuously,  and continuous currents can be injected down CHANNEL 1 or CHANNEL  2.  87 ...
  • Page 102: Discontinuous Current Clamp (Dcc) Mode

    User Guide for Axoclamp 900A  Associated with the current flow (I) in a microelectrode is a voltage drop  across the microelectrode that depends on the product of the current and  the microelectrode resistance (R ). This unwanted IR voltage drop adds to  the recorded potential. The Bridge Balance control can be used to balance  out this voltage drop so that only membrane potential is recorded. The  term “Bridge” refers to the original Wheatstone Bridge circuit used to  balance the IR voltage drop and is retained by convention.  The particular setting required to balance the Bridge is a measure of the  microelectrode resistance, and the microelectrode resistance can be read  from the Axoclamp 900A Commander.  Discontinuous Current Clamp (DCC) Mode  In Discontinuous Current Clamp (DCC) mode, CHANNEL 1 is cyclically  used to pass current. The voltage recorded at the tip of CHANNEL 1 is  memorized by a sample‐and‐hold circuit in between each current‐passing  period after all transient voltages due to current passing have decayed.  Thus the membrane potential can be recorded independently of the IR  voltage drop across the microelectrode.   The advantage of DCC mode compared with I‐Clamp mode is that it is  tolerant of small changes in microelectrode resistance. The disadvantage is  that DCC mode is noisier than I‐Clamp mode. During DCC mode  CHANNEL 2 is still in I‐Clamp mode and can be used for continuous  current passing.  The principles of operation are outlined in the block diagram and timing  diagram of Figure 46.  The voltage recorded by the microelectrode (V ) is buffered by a unity‐gain   is exactly equal to the instantaneous  head stage (A1). Assume that V membrane potential (V ). Switch S2 briefly closes thereby enabling the  voltage on the holding capacitor (C ) to charge up to the value of V . S2   is held by C opens again after the “sample” period and V . A buffer   to the recording apparatus. This switch,  amplifier (A2) interfaces C 88 ...
  • Page 103 Guide to Electrophysiological Recording  capacitor and buffer amplifier arrangement constitute an analog memory  known as a sample‐and‐hold amplifier.  Immediately after the sample period, the current injection period begins  when switch S1 changes over from the zero volts position to the current‐  to a differential  command voltage (V ) position. This connects V  + V amplifier (A4) arranged so that its output is V . The voltage   is exactly equal to V  thereby forcing the current (I appearing across R )   / R into the microelectrode to be equal to V . Amplifiers A4 and A1 and   constitute a controlled‐current source (CCS) which injects a  resistor R current into the microelectrode directly proportional to the voltage at the  input of the CCS irrespective of the resistance of the microelectrode or the  voltage at its tip.   89 ...
  • Page 104 User Guide for Axoclamp 900A    Figure 46. DCC Mode block diagram and timing diagram.  During the current‐injection period a square pulse of current proportional   is injected into the microelectrode. Because of this current V  rises.  to V  is limited by the parasitic effects of capacitance  The rate of rise of V through the wall of the glass microelectrode to the solution, and    capacitance at the input of the buffer amplifier. The final value of V reached consists mostly of the IR voltage drop across the microelectrode   consists of the membrane potential  resistance. Only a tiny fraction of V recorded at the tip.  90 ...
  • Page 105: Discontinuous Single-Electrode Voltage Clamp (Dsevc) Mode

    Guide to Electrophysiological Recording  After 30% of one cycle has elapsed, the voltage‐recording period begins  when S1 changes back to the zero volts position. Passive decay occurs  because the input of the CCS is zero volts and thus its output current is  zero. Sufficient time must be allowed during the voltage‐recording period  for the voltage to decay to within a millivolt or less of V . At the end of the   is  passive decay period S2 is again briefly closed and a new sample of V taken to begin a new cycle.  The actual voltage used for recording purposes is the sampled voltage. The  Scaled Output Headstage 1 Membrane Potential signal is the sampled  membrane potential.   The instantaneous current into the microelectrode is monitored by a  differential amplifier (A3). The output of A3 is taken to an averager (not  shown) that samples, smoothes and scales the current pulses and this  average value is available on the Scaled Output Headstage 1 Membrane  Current signal.  During DCC mode the input to the CCS and the output of the CHANNEL 1  current monitor are automatically scaled so that they represent the true  membrane current even though the instantaneous current flows for only  30% of the time.  The cycling (sampling) rate must be chosen so that there are ten or more  cycles per membrane time constant. This enables the membrane  capacitance to smooth the membrane voltage response to the current  pulses.  Discontinuous Single‐Electrode Voltage Clamp (dSEVC) Mode  Although two‐electrode voltage clamping is faster, the Axoclamp 900A  allows very fast discontinuous single‐electrode voltage clamping. In a  model cell (10 MΩ//1 nF) using a 10 MΩ resistor to model the  microelectrode, the 10–90% rise time is only 100 μs. In a real setup the  response speed is limited by the microelectrode characteristics, but  membrane potential rise times (without overshoot) of less than 1 ms have  been regularly achieved in a variety of cell types. The discontinuous single‐ 91 ...
  • Page 106 User Guide for Axoclamp 900A  electrode voltage clamp mode can be used with either micropipettes or  patch pipettes.  In discontinuous single‐electrode voltage clamp mode the tasks of voltage  recording and current passing are allocated to the same microelectrode.  Time‐sharing techniques are used to prevent interactions between the two  tasks. The principles of operation have been published (Brenneke &  Lindemann, 1974; Wilson & Goldner, 1975; Finkel & Redman, 1985) and are  outlined in the block diagram and timing diagram of Figure 47, and in the  following discussion.  A single microelectrode (CHANNEL 1) penetrates the cell and the voltage  recorded (V ) is buffered by a unity‐gain headstage (A1). To begin the   is exactly equal to the  discussion, assume that at this moment V instantaneous membrane potential (V ). A sample‐and‐hold circuit (SH1)   and holds it for the rest of the cycle.  samples V The sampled membrane potential is compared with a command voltage  ) in a differential amplifier (A2). The output of this amplifier becomes  the input of a controlled‐current source (CCS) if the switch S1 is in the  current‐passing position. The gain of the CCS is G . The CCS injects a  current into the microelectrode that is directly proportional to the voltage  at the input of the CCS irrespective of the resistance of the microelectrode.  The period of current injection is illustrated at the start of the timing  waveform. S1 is shown in the current‐passing position during which a  square pulse of current is injected into the microelectrode. Because of this   rises.  current, V The rate of rise is limited by the parasitic effects of the capacitance through  the wall of the glass microelectrode to the solution, and the capacitance at   mostly consists of the  the input of the buffer amplifier. The final value of V   IR voltage drop across the microelectrode due to the passage of current I  consists  through the microelectrode resistance R . Only a tiny fraction of V of the membrane potential recorded at the tip. ...
  • Page 107 Guide to Electrophysiological Recording   decays asymptotically towards V the voltage‐recording period V .   to reach within a millivolt or less of  Sufficient time must be allowed for V . This requires a period of up to nine electrode time constants (τ ). At the   is taken and a new  end of the voltage‐recording period a new sample of V cycle begins.  The actual voltage used for recording purposes is the sampled voltage. As   moves  illustrated in the bottom timing waveform the sampled value of V in small increments about the average value. The difference between   is the steady‐state error (ε) of the clamp that arises  (average) and V because the gain (G ) of the CCS is finite. The error becomes progressively   is increased.  smaller as G The duty cycle used in dSEVC mode is current passing for 30% of each  cycle, and voltage recording for 70% of each cycle.  The cycling rate (sample rate) must be chosen so that there are ten or more  cycles per membrane time constant. This enables the membrane  capacitance to smooth the membrane voltage response to the current  pulses.  When optimally adjusted, the circuit enables the first steady‐state  measurement of voltage to be taken 1 to 2 cycle periods after the onset of a  membrane conductance change or a change in the command voltage.  The Lag control (not shown in the Figure) alters the frequency response of  the differential amplifier (A2). It can be used to compensate for the  complicated frequency characteristics of a real cell (see the description of  Lag in Chapter 5).  The Gain control alters G . Its operating range is (100 × H) nA/mV.  While CHANNEL 1 is used dSEVC mode it is still possible to  independently use CHANNEL 2. For example, CHANNEL 2 could be used  for recording from and stimulating other cells that make connections to the  cell being voltage‐clamped.  93 ...
  • Page 108 User Guide for Axoclamp 900A    Figure 47. dSEVC block diagram and timing waveforms.  Minimum Sampling Rate And Maximum Gain  If the sampling rate is too slow the dSEVC becomes unstable. This is  because the long current‐passing period charges the membrane potential  past the desired potential before the clamp has an opportunity to take a  new sample of potential and adjust the current accordingly. The larger the  cell membrane capacitance (C ) the slower the sampling rate (f ) that can be  94 ...
  • Page 109 Guide to Electrophysiological Recording  used for a given average gain (G). The stability criterion is (see Brenneke &  Lindemann, 1974; Finkel & Redman, 1985):  < <   For critical damping we require:      is small f  must be large.  Thus for a given G, if C  = 100 pF, then f  must be 10 kHz for  As an example, if G = 1 nA/mV and C  is less than 10 kHz in this example, the step response  critical damping. If f will overshoot and at 5 kHz the clamp will oscillate destructively.  If the sampling rate in this example cannot be as great as 10 kHz because  the microelectrode response is too slow, then a lower value of G will have  to be used to maintain stability.  Clamp Error   does not quite follow V With finite gains in the voltage‐clamp circuit V .          The error is ε – .   is constant and the cell membrane conductance changes,  Similarly, if V then there is an error in the measurement of the current underlying the  conductance change. This error is similar in percentage to the voltage error.  Usually the gain of the voltage‐clamp circuit can be increased so that ε is  10% or less. The percentage error depends on the frequency of the  command signal or of the conductance change. It is smallest for slow  signals and DC, and largest for the fastest signals. Thus very fast transients  (such as the rising phase of synaptic currents) will be clamped less well  than slower transients (such as the decay phase of synaptic currents). ...
  • Page 110: Noise In Dcc And Dsevc Modes

    User Guide for Axoclamp 900A  Gain  The clamp gain during dSEVC mode is given in nA/mV. This refers to how  many nanoamperes the output current will change by for each millivolt of   (the membrane potential) and V  (the command  difference between V potential). The value indicated on the front panel is the average value (G).  The average value depends upon the instantaneous gain during the  current‐passing period (G ) and upon the duty‐cycle.  Series Resistance, R In dSEVC mode the effect of series resistance, R , is to slow the  microelectrode response. Thus, the current does not completely decay to  baseline before the voltage measurement. Since the potential recorded by   and the  the membrane potential is the sum of the voltage across R membrane resistance, R , there is an error in the membrane potential   limits the maximum rate at  recorded. The added consequence is that R  altogether, watch the  which the membrane can be charged. To eliminate R MONITOR output and make sure the transient decays completely before  the next sample is taken.  Advantages of a Patch Pipette    It turns out that a patch pipette is ideal for dSEVC. That is, when R (microelectrode resistance) is very small, its time constant is fast. In  addition, the magnitude of the voltage transient across the microelectrode   and therefore small when R  is  for a given current is proportional to R  values means that the dSEVC can  small. This double advantage of low R be cycled very rapidly without introducing a sampling error.  Noise in DCC and dSEVC Modes  The noise inherent in discontinuous single‐electrode clamps (discontinuous  current clamp or discontinuous single‐electrode voltage clamp) is four or  more times greater than the noise in continuous electrode clamps (bridge ...
  • Page 111 Guide to Electrophysiological Recording  electrode clamps are adjusted for the same dynamic response and accuracy  as the continuous electrode clamps.  There are two major reasons for this inherent deterioration in noise  performance.  The first is due to capacitance neutralization. A fundamental property of all  capacitance neutralization circuits is that they introduce noise in excess of  what is contributed by the thermal noise of the recording microelectrode  and the input noise of the buffer amplifier. The excess noise becomes  progressively larger as the microelectrode time constant is reduced. In  discontinuous systems the microelectrode time constant must be  deliberately reduced more than in continuous systems so that after a   within the time  current pulse the microelectrode voltage decays to V allotted for passive recording. The excess noise due to optimizing the  capacitance neutralization can vary from a factor of about two in a system  where primary efforts have been taken to keep the input capacitance low,  to much larger factors in systems where large amounts of capacitance‐to‐ earth and capacitance‐to‐shield are tolerated.  The second major reason for the deterioration in noise performance of  discontinuous single‐electrode clamps has to do with the sampling process.  Sampling processes alias the noise in the input signal spectrum into a  larger‐magnitude spectrum confined to a bandwidth equal to half of the  sampling rate (f ). The normal procedure used in digitizing systems to  avoid aliasing is to reduce the bandwidth of the input signal to f /2 or  below. This is not possible in discontinuous single‐electrode clamping  because reducing the bandwidth of the microelectrode increases the time  constant and therefore prevents adequate settling. The amount of aliased  noise depends in part on the duty cycle used in the discontinuous clamp.  The 30% duty cycle used in the Axoclamp 900A has been chosen to give a  good compromise between aliased noise and dynamic performance (Finkel  & Redman, 1984b). With this duty cycle the increase in noise due to aliasing  is a factor of about two.  97 ...
  • Page 112: Tevc Mode

    User Guide for Axoclamp 900A  The two contributions to noise discussed above lead to a factor of four or  more deterioration in noise. To keep the deterioration as small as this, the  experimenter should try to do the following:     as small as possible so that only minimal  1.  Keep the real value of C capacitance neutralization must be used. (Avoid using coaxial cable to  connect the microelectrode to the headstage.)    2.  Increase the cycle rate so that the amount of aliased noise is  minimized.  Finally, the amount of noise recorded can be reduced to some extent by  using as much output filtering as possible. However, the output filtering  should never be increased to the extent that dynamic information such as  rise time is lost. Usually, output filtering at f /10 is a good compromise. The  best way of reducing noise in the records is by averaging repetitive  responses. This well‐known procedure reduces the noise by the square root  of the number of averages without affecting the time course of the signal.  Although the noise performance of discontinuous single‐electrode voltage  clamps is poorer than that of the two‐electrode voltage clamp, the single‐ electrode technique is extremely rewarding because it allows voltage  clamping to be performed in preparations where two‐electrode voltage  clamping is not feasible such as when the cell is buried beneath many  layers of other cells. In addition, the signal‐to‐noise ratio in many  preparations during discontinuous single‐electrode voltage clamp is,  despite the above considerations, adequate for data to be analyzed without  averaging.  TEVC Mode  In two‐electrode voltage clamp (TEVC) mode the Axoclamp 900A acts as a  conventional voltage clamp with an output compliance of ±180 V.  CHANNEL 1 is the voltage‐recording microelectrode and CHANNEL 2 is  the current‐passing microelectrode.  98 ...
  • Page 113 Guide to Electrophysiological Recording  The output of the clamp is a voltage source that is connected to CHANNEL  2. The voltage‐clamp Gain control determines the steady‐state accuracy and  the response speed. The Gain control is marked in units of V/V. This refers  to how many volts the output changes for each volt of difference between   (the membrane potential) and V  (the command potential). For  example, when the gain is at a value of 10,000 V/V, a 100 μV difference   and V  causes the output to shift by 1 V. If the resistance of  between V CHANNEL 2 is 10 MΩ there is a current shift of 100 nA.   Several other controls affect the voltage‐clamp response. The Lag  introduces phase lag in the voltage‐clamp amplifier. The Holding control  shifts the clamped membrane potential. The Pipette Capacitance  Neutralization setting of CHANNEL 1 affects the voltage‐clamp response.  The Seal Test setting delivers a voltage pulse.   The best settings of the voltage‐clamp parameters are found by setting up  the best possible response to a step change in V . Usually, the ability of the  voltage clamp to follow a step change in command is identical to the ability  of the voltage clamp to follow a step change in membrane conductance  (Finkel & Gage, 1985).  General Considerations  It is worthwhile to examine the pros and cons of the TEVC technique.  While the TEVC technique is more powerful than techniques using single  microelectrodes, it is considerably more complicated and difficult to  implement. However, the extra effort will be well rewarded. If you are  unfamiliar with the theory behind TEVC systems then Taylor (1991) gives a  good general overview with a number of useful references. Finkel and  Gage (1985) provides a more thorough discussion of the theoretical aspects.  99 ...
  • Page 114 User Guide for Axoclamp 900A  The main advantages of the TEVC technique are:  1.  High current‐passing capacity: for larger cells single‐electrode clamps  do not work adequately, if at all. An Axoclamp 900A in TEVC mode  can supply current in the mA range. A common application for two‐ electrode voltage clamps is recording currents in amphibian oocytes.  2.  Excellent time resolution: the rise time for a voltage step with a TEVC  can be a factor of 3 or more faster than a single‐electrode clamp  implemented using similar microelectrodes. A high frequency  response might be required to record very rapid tail currents or  gating currents associated with voltage‐gated channels, for example.  3.  Low noise: current noise levels with a TEVC are generally lower than  single‐electrode voltage clamps implemented using microelectrodes  of comparable resistance, even given the higher frequency response of  the TEVC.  The major drawbacks to TEVC systems are that two microelectrodes must  be applied to one cell and that there is added complexity.   Configuration of the Voltage Clamp System  Before setting up the voltage clamp you have to decide how to record the  membrane potential (V ) and how to measure the membrane current (I ).  The decisions you make are determined by what you want to achieve and  the particular characteristics of your preparation and bath. The brief  discussions of the various options that follow will help you assess your  particular requirements.  Voltage Recording and Series Resistance  The reference point for the voltage recorded by CHANNEL 1 is the system  ground and under ideal conditions a bath ground electrode holds the  extracellular solution at a constant voltage relative to the system ground.  After CHANNEL 1 is offset to zero volts in the bath and then applied to the  100 ...
  • Page 115 Guide to Electrophysiological Recording    cell, it provides the voltage‐clamp circuit with an accurate measure of V provided that there is no net current flow.   Under normal conditions however, there is current flowing across the  membrane and this current not only produces a voltage drop across the  membrane but also across any resistance that is in series with the  membrane and the system ground. These extraneous resistances can be   is  lumped together as “series resistance” (R ). The voltage drop across R called the series resistance error or bath error potential. The voltage drop   causes the bath potential to deviate from the zero current  across R potential by an amount directly proportional to the current flowing. Thus,  for example, if you have a series resistance of 2 kΩ and a 5 μA peak current  occurs during a voltage step, then the peak membrane voltage error is   10 mV.   For a detailed discussion of this type of series resistance and the methods  used to minimize it, see Bath Error Potentials on page 65.  Selection of the Membrane Voltage Recording Headstage (CHANNEL 1)   Usually you will use a low‐noise type headstage for the voltage‐recording  microelectrode, as this allows for some capacitance compensation to be  applied if necessary while taking advantage of the very low‐noise voltage  recording characteristics of these headstages.   The headstages are designed to be compact and robust so that they can be  mounted on the micromanipulator as close as possible to the recording  point. This strategy greatly reduces the input capacitance. For this reason,  the electrode holders are designed to plug directly into the headstage  input.   It is recommended that you use the simplest configuration and add more  complex features as the need arises. In this case all that is required are two  headstages, one for voltage (CHANNEL 1) and the other for current  passing (CHANNEL 2). The bath ground electrode is plugged into the  ground jack on the CHANNEL 1 headstage.  101 ...
  • Page 116 User Guide for Axoclamp 900A  The reader is referred to the section on Headstages in this chapter for  specific recommendations regarding the selection of headstages.  Selection of the Current Recording Method  There are two techniques available for recording current. For almost all  applications the built‐in current monitor gives excellent performance,  however some users may wish to bypass the current sensing resistor and,  therefore, have to measure current using the virtual ground technique. The  two techniques are discussed in turn below.  If you are interested in obtaining accurate subtraction of the linear  capacitive currents at the make and break of a voltage step, then you must  ensure that the current measuring device has enough compliance to fully  resolve these large transients. Table 4 summarizes the current passing  capability of the HS‐9A headstages.     Headstage (MΩ) Short-Circuit Current Conversion HS-9A ×0.1 ±1.8 µA 100 mV/nA HS-9A ×1 ±18 µA 10 mV/nA HS-9A ×10 ±180 µA 1 mV/nA   Table 4. Current passing capacities in TEVC mode.  Series Current Measurement (Internal) ...
  • Page 117 Guide to Electrophysiological Recording  current is measured from the voltage drop across this resistor. If your  current‐passing microelectrode resistance is 5 MΩ and the output voltage  180 V, then ~120 V drops across the current sensing resistor and only ~60 V  across the microelectrode. The effective gain of the clamp is reduced by one  third and thus the frequency response is compromised (see Tuning the  Voltage‐Clamp—Fidelity and Stability section). Generally this is not a  significant problem since the high output compliance of the TEVC simply  allows a higher clamp gain to be used. If you are using series current  measurement and have headstages with different H values, use the  headstage with the higher H value (which has the lower value for the  current sensing resistor) for the current‐passing microelectrode.  Tuning the Voltage‐Clamp—Fidelity and Stability  The object of tuning the voltage clamp is to maximize the feedback gain.  There are two reasons, first the bandwidth of the clamp is strongly  dependent on the gain and second, the fidelity, or accuracy, with which the  voltage clamp tracks the command potential is dependent on the gain.  Fidelity    The steady‐state membrane potential (V ) after a step change in the  command voltage (V ) is:  μ μ where μ is the gain of the clamp amplifier and K is the attenuation of the  clamp amplifier caused by the cell membrane resistance (R ) and the  resistance (R ) of the output microelectrode (CHANNEL 2).    As the product μK becomes very large, the difference between V   and V   becomes very small. Ideally, the error is very low, just a fraction of one  percent. μ is set by the Gain glider in the V‐Clamp Control section of the  TEVC tab of the Axoclamp 900A Commander. In TEVC mode the gain can  103 ...
  • Page 118 User Guide for Axoclamp 900A  range from 20 to 50,000. If K were unity, the error would vary from 3  percent down to 0.01 percent. However, K is always less than unity, so the  error is worse. If the output micropipette resistance is 90 MΩ and the  membrane resistance is 10 MΩ, K is 0.1 and the error is ten times worse    than if K were unity. Further, during activation of membrane currents R can drop dramatically, and K becomes equal to R / R . Thus, as a rule of  thumb it is desirable to use an output micropipette whose resistance is as  low as possible, ideally smaller than the resting membrane resistance.  Step Response and Bandwidth  After a step command, the membrane potential relaxes exponentially  towards its new value. For μK >> 1, the time constant for the relaxation is:    τ μ Increasing the clamp gain decreases the time constant for the step response.   = 1000 pF and μ = 100, the time constant is  For example, if R   = 10 MΩ, C 100 μs. Stated differently, increasing the clamp gain also increases the  bandwidth with which V   can follow changes in V . The –3 dB frequency  of the bandwidth is:  μ π    Stability  An ideal voltage clamp is unconditionally stable. The membrane  capacitance provides a 90° phase shift, which is required for stability in all  negative feedback circuits. Unfortunately, in the real world other factors  combine to make the circuit unstable at high clamp gains.  The coupling capacitance (C ) between the microelectrodes is extremely  destabilizing. Values as small as 0.01 pF can lead to oscillation if μ has a  magnitude of several hundred or more.  ...
  • Page 119 Guide to Electrophysiological Recording  Another destabilizing factor is the non‐ideal nature of the membrane. In  theory the membrane is simply modeled as a parallel resistor and capacitor.  In practice, a distributed model applies. The capacitance elements are  themselves non‐ideal; they should be modeled by an ideal capacitor with a  series resistance component. For real membranes, the phase shift at high  frequencies is less than 90°. In the Axoclamp 900A, a phase‐shift control is  included to allow the user to empirically add some phase lag to the circuit  to build the total high‐frequency phase shift up to 90°.  The input capacitance of the voltage‐recording microelectrode (CHANNEL  1) adds another frequency‐dependent variable into the system, which also  tends to decrease the stability. The effect of this input capacitance is usually  minimized by carefully adjusting the capacitance neutralization control to  maximize the bandwidth of CHANNEL 1.  Inter‐Electrode Coupling Capacitance and Shielding   When the voltage‐recording microelectrode and current‐passing  microelectrode are applied to a cell there is considerable coupling  capacitance (C ) between them due to their proximity. This capacitive  coupling introduces a low impedance feedback pathway at high  frequencies that completely bypasses the cell membrane. The presence of  this capacitance is the single most significant destabilizing influence on the  voltage clamp, and for this reason it is essential that it be reduced as far as  is practical. In point of fact, coupling capacitance as low as 0.01 pF can  destabilize the response at high gain settings.  There are three ways to reduce C :   1.  Introduce the two microelectrodes into the preparation at a wide  angle, preferably greater than 90 . Keep the tips of the  ° microelectrodes as far apart as possible. Generally it is better to have  the tip of the current microelectrode nearer the center of the cell, so  that field potentials do not affect the local membrane potential  unevenly (see Eliminating the Voltage Error Due to Coupling Between  Intracellular Microelectrodes on page 106).  105 ...
  • Page 120 User Guide for Axoclamp 900A  2.  Place a grounded metal shield between the two microelectrodes. If the  shield cannot be placed in the middle, then place it nearer the current‐ passing microelectrode where added stray capacitance is not so  critical. A shield near CHANNEL 1 increases the input capacitance  and thus increase noises levels. The shield should block all line‐of‐ sight pathways between the two microelectrodes and their holders  and should extend as close as possible to the tip of the current‐ passing microelectrode without coming into direct electrical contact  with the bath solution. In extreme cases you can coat CHANNEL 2  very close to the tip with conductive silver paint that can then be  insulated by a coat of Sylgard. One effect of the shield is to vastly  increase the output capacitance of the current‐passing microelectrode  that may affect the high‐frequency measurement of the current unless  the capacitance neutralization of CHANNEL 2 is properly set. Under  these circumstances the capacitance neutralization of CHANNEL 2  may have a significant effect on the rise time of the clamp step  response since the output capacitance and the microelectrode  resistance will effectively form a lowpass filter for the output voltage.  3.  Measures that reduce the stray capacitance of the microelectrodes will  also reduce C . This would include coating the microelectrodes with  Sylgard.   Note: The use of a driven shield on CHANNEL 1 is not recommended  as this will increase the noise; it is far better to place a grounded  shield on the current‐passing microelectrode.  Eliminating the Voltage Error Due to Coupling Between Intracellular  Microelectrodes  Another potential source of voltage error in TEVC mode is introduced by  the field potential that can develop around the tip of the current‐passing  microelectrode when current densities are high. The potential differences  across this field can be quite high.   106 ...
  • Page 121: Filters

    Guide to Electrophysiological Recording   = ρ/4πr. The  The equation for the access resistance, R , in a sphere is: R resistivity, ρ, is typically 100 Ω cm for physiological saline and the radius, r,  of the sphere is in cm.  If the potential picked up by the voltage microelectrode is to be less than    must be less than 500 Ω. This requires a  5 mV and the current is 10 μA, R separation of 160 μm between the microelectrode tips, a significant distance  even on the scale of amphibian oocyte dimensions. For a 100 nA current the  separation need only be 1.6 μm. Clearly, as current becomes very large the  voltage error due to the coupling of intracellular microelectrodes worsens.  This may present a special problem when the concentration of  heterologously expressed excitable proteins in amphibian oocytes is very  large. If the current generated is larger than 10 μA, an alternative technique  such as measuring the current using the macropatch technique might be  considered.  It is good practice to keep the tips of the two intracellular microelectrodes  as far apart as possible inside the cell. Generally, it is better to put the tip of  the current‐passing microelectrode, CHANNEL 2, near the middle of the  cell so that the field potentials near its tip do not unevenly affect the local  membrane potential.  Filters  The theory behind the design and choice of appropriate filters is very  extensive, as you will see from any book on signal processing. Here we  provide just a few basic principles to assist you in choosing the filter type  and cutoff frequency that are most suited to your experiments.  –3 dB Frequency  The –3 dB, or cutoff, frequency (f ) of a filter is the frequency at which the  output signal voltage (or current) is reduced to 1/√2  (i.e., 0.7071) of the input.   is the frequency at which the output signal power is reduced  Equivalently, f to half of the input. These terms arise from the definition of decibel (dB):  Voltage:  dB = 20 log(V )  107 ...
  • Page 122: Types Of Filters

    User Guide for Axoclamp 900A  Power:    dB = 10 log(P )   is called the pass band,  For a lowpass filter, the frequency region below f  is called the stop band. In the stop band, the signal  while that above f attenuates (or ‘rolls off’) with a characteristic steepness. The steepness of  the roll‐off at higher frequencies is determined both by the type of filter  (see below) and the number of poles of the filter: the larger the number of  poles, the faster the roll‐off. The lowpass on the Scaled Output of the  Axoclamp 900A are 4‐pole filters. Filters with more poles can be  constructed, but they are more complex to implement and yield  diminishing returns.    Figure 48. Filter characteristics, illustrated for a single‐pole,  lowpass filter. The spectrum has been normalized so that  the signal magnitude in the pass band is 0 dB. The –3 dB  frequency has been normalized to unity.  Types of Filters  There are many types of filters, distinguished by their effects on both the  amplitude and phase of the signal. The two most common filters used in  electrophysiology are the Bessel filter and the Butterworth filter, both of  which are implemented in the Axoclamp 900A.  108 ...
  • Page 123 Guide to Electrophysiological Recording  Bessel Filter  This is the analog filter used for most signals for which minimum  distortion in the time domain is required. The Bessel filter does not provide  as sharp a roll‐off as the Butterworth filter, but it is well behaved at sharp  transitions in the signal, such as might occur at capacitance transients or  single‐channel current steps.  Butterworth Filter  This is the filter of choice when analyzing signals in the frequency domain,  e.g., when making power spectra for noise analysis. The Butterworth filter  has a sharp, smooth roll‐off in the frequency domain, but introduces an  overshoot and “ringing” appearance to step signals in the time domain.  Choosing the Cutoff Frequency  In practice, there are two important considerations when selecting the filter  cutoff frequency.  Aliasing  If the digitizing interface samples at 2 kHz, for example, any noise in the  sampled signal that has a frequency greater than 1 kHz will appear in the  digitized trace as extra noise in the range 0 to 1 kHz. In other words,  higher‐frequency noise (> 1 kHz) will appear under the alias of lower‐ frequency noise (< 1 kHz). This error is called aliasing. A fundamental  principle of signal analysis, called the Nyquist Principle, therefore states  that, in order to avoid aliasing, the digitizing frequency (f ) should be at  least twice the filter cutoff frequency (f ):   ≥ 2f The minimum permissible digitizing frequency (exactly twice f ) is called  the Nyquist frequency. In practice, it is better to sample at two or more   = 5f  is commonly used. This means  times the Nyquist frequency. Thus, f that, if the Axoclamp 900A filter is set at 5 kHz, your interface should be  capable of digitizing at 25 kHz.  109 ...
  • Page 124: Blanking

    User Guide for Axoclamp 900A  Risetime  The risetime is typically given as the time taken for a signal to increase  from 10% to 90% of its peak value. The more heavily a step response is  filtered, the greater the 10–90% risetime. For the 4‐pole Bessel filter in the  Axoclamp 900A, the filtered 10–90% risetime (T , in ms) of a step input   (in kHz) approximately as:  depends on f  ≈ 0.35/f (This can be measured by applying Seal Test to the model BATH in   V‐Clamp mode and looking at “Scaled Output: Membrane Current” while  changing the filter setting.)  Suppose you are interested in measuring action  potentials, for which you expect the 10–90% risetime to be about 0.4 ms.   You would then choose the filter cutoff frequency to be high enough that  the filter risetime is about ten times faster than 0.4 ms so the action  potentials are minimally distorted by the filter. According to the above  equation, then, the appropriate filter setting would be 10 kHz. In practice,  you may need to make other compromises. For example, if the signal is  very noisy you may wish to filter more heavily and accept that the action  potential risetime is artifactually slowed.  Highpass Filter  The Scaled Output signal can be highpass filtered by setting the AC value  in the Output Gains and Filters section of the main Axoclamp 900A  Commander panel. This is typically done in order to remove a DC  component of the signal. When the filter cutoff is set to DC this highpass  filter is bypassed.  Blanking   A common problem when using stimulating electrodes is that some of the  stimulus is directly coupled into the recording microelectrode. This can  saturate the coupling capacitors of subsequent AC recording circuits. The  saturation effects may take tens or hundreds of milliseconds to subside.  110 ...
  • Page 125: Current Measurement

    Guide to Electrophysiological Recording  The best way to minimize or even eliminate this artifact is at the source, by  using small stimuli, isolated stimulators, placing a grounded shield  between the stimulating electrodes and the microelectrodes, etc. Often,  though, it is not possible to reduce the artifact to manageable levels.  The Axoclamp 900A can circumvent the effects of the stimulus artifact by  Blanking. At the moment the logic level of the BLANK ACTIVATE 1 input   is sampled and saved. For the duration of the  goes high, the value of V HIGH signal, this saved value is used instead of the actual potential.   In voltage‐clamp modes the voltage‐clamp current during the Blanking  period will be held at the level that existed at the start of the period. A  small deviation from the command potential may develop during the  Blanking period as a result of comparing the command to the sampled   instead of the instantaneous value of V value of V . This deviation will  only be seen when the Blanking period ends. Usually this deviation is  preferable to the situation that can occur if Blanking is not used. If Blanking  is not used the artifact picked up by CHANNEL 1 is treated by the voltage‐ clamp circuit as an attempt by the cell to change its potential. Therefore, the  voltage‐clamp circuit causes a current to be passed into the cell to clamp  this presumed membrane potential change. If the stimulus artifact is large,  the consequent current artifact can be large enough to damage the cell.  The width of the Blanking period should be no longer than the minimum  width required to cover the period of the stimulus artifact. It is important  not to Blank for longer than necessary since during Blanking no updating   is allowed. Even when Blanking is used, attempts should still be  of V made to minimize the artifact at the source.  Current Measurement  The current injected down each microelectrode is independently measured.  The measurement is true. Thus, if the microelectrode blocks, the measured  current falls to zero even though a current command may exist.  Two current outputs apply to CHANNEL 1 in discontinuous modes (DCC  and dSEVC), the instantaneous current and the sampled current. The  111 ...
  • Page 126: Virtual-Ground Current Measurement

    User Guide for Axoclamp 900A  instantaneous current switches from zero to some finite value at the sample  rate. This is because for 30% of each period CHANNEL 1 is used for  passing current while for the remaining 70% of each period no current is  passed and the IR voltage drop due to the previous current is allowed to  passively decay. On the other hand, the sampled current is the true  membrane current. It is recovered from the instantaneous current by a  circuit that samples the current pulses, retains the samples during the  passive‐decay period, then scales the samples to yield the average current  for the whole period. The sampled current output, selected from either the  Scaled Output (Membrane Current signal) or from the Current Output, is  smoothed by the output filter.  The whole current into the bath can be separately measured using a virtual‐ ground headstage (see below).  Virtual‐Ground Current Measurement  A Virtual‐Ground headstage can be used to ground the preparation bath.  Connect the headstage to the AUXILIARY 1 or 2 HEADSTAGE input. All  of the current flowing into the Virtual‐Ground input is measured and a   or 10   voltage proportional to the current is provided at the 10 AUX1 AUX2 OUTPUT. The output gain is 1 mV/nA when VG is ×10, and 0.1 mV/nA  when VG is ×100.     Full scale range Conversion (MΩ) VG-9A ×10 ±10 µA 1 mV/nA VG-9A ×100 ±100 µA 0.1 mV/nA  ...
  • Page 127 Guide to Electrophysiological Recording  The Virtual‐Ground circuit measures all currents into the preparation bath.  Thus if an iontophoretic microelectrode is to be used, it must have its own  separate current return microelectrode (adding yet another electrode to the  bath), otherwise the iontophoretic current will appear in the clamp current.  A more insidious problem arises because the bath effectively becomes a  very sensitive antenna and will pick up very low levels of power line  radiation that will be evident as line frequency noise in the current signal.  Saline‐filled tubing acts as an excellent antenna. To prevent them carrying  hum, long saline‐filled tubes should have the saline pathway broken by an  air‐filled drip near the preparation.   Another potential source of error using this current‐measurement  technique is the fact that there will be direct capacitive coupling between  the current‐passing microelectrode and the ground electrode. This current  bypasses the cell membrane but appears on the current signal. Generally  this will not pose a significant problem, provided that the current‐passing  microelectrode is carefully shielded.   This output is also available on CHANNEL 1 and CHANNEL 2 scaled  outputs.  113 ...
  • Page 129: Chapter 5: Commander Reference

    Commander Reference  Chapter 5: Commander Reference   This chapter provides details of the theory and operation of each Axoclamp  900A Commander feature. It is organized by the name of the software  feature, in alphabetical order.  Please consult the Index if you are having trouble locating a particular  item.  Before using this chapter, it may be helpful to first read the Appendix  describing Polarity Conventions. This summarizes the conventions used for  the polarities of currents and voltages in all amplifiers manufactured by  Molecular Devices.  Always On Top  Always On Top <F3> puts Axoclamp 900A Commander on top of other  applications, even when it is not the active window.   Bridge Balance  Bridge Balance subtracts a value from the Membrane Potential signal to  compensate for the voltage drop across the electrode when current is being  injected. The adjustable field shows the estimated electrode resistance that  Bridge Balance compensates for. 115 ...
  • Page 130: Bridge Balance Overview

    User Guide for Axoclamp 900A  Bridge Balance is available only in I‐Clamp mode, when Membrane  Potential is selected as the Scaled Output signal.   For the Bridge Balance algorithm to work correctly, always use Pipette  Capacitance Neutralization first.  How to use Bridge Balance:  Manual:  Enter an estimate of the electrode resistance in the adjustable  field, and then check the checkbox to activate the circuit. If typing in  the value, express it in MΩ. Once Bridge Balance has been applied  you can, if necessary, adjust the value of the estimated resistance to  tune the response.  Auto:  Click the Auto button to automatically apply compensation.  Bridge Balance generates a test pulse to calculate electrode resistance  and applies compensation accordingly. It automatically sets the  adjustable field to the resistance it is compensating for, and checks the  checkbox.  Auto can be used whether or not Bridge Balance has already been  activated.  You can fine‐tune the resistance value manually after Auto has been  applied.  Bridge Balance Overview  In some experiments it may be desired to inject a current (I) into a cell in  current‐clamp mode, e.g., to depolarize the cell and evoke action potentials.  The flow of I through the microelectrode produces a voltage drop across  the electrode that depends on the product of I and the microelectrode   voltage drop adds to the recorded  resistance (R ). This unwanted IR potential. The Bridge Balance control can be used to balance out this  voltage drop so that only the membrane potential is recorded. The term  “Bridge” refers to the original Wheatstone Bridge circuit used to balance  the IR voltage drop and is retained by tradition, even though operational  amplifiers have replaced the original circuitry.  116 ...
  • Page 131 Commander Reference  The technique is illustrated schematically in Figure 5.5A. A differential  amplifier is used to subtract a scaled fraction of the current I from the  voltage recorded at the back of the microelectrode, V . The scaling factor is  the microelectrode resistance (R ). The result of this subtraction is thus the  true membrane potential, V .  Figure 49 shows how bridge balance is done in practice. When the current   due to  is stepped to a new value (top), there is a rapid voltage step on V the ohmic voltage drop across the microelectrode (middle). Following this   largely due to the membrane  instantaneous step, there is a slower rise in V time constant of the cell. Correct adjustment of the bridge amplifier   trace (bottom).  removes the instantaneous step, leaving the corrected V Although this adjustment is done with a step current injection, the  correction remains valid for any arbitrary waveform of injected current,  provided the microelectrode maintains a constant resistance.    Figure 49. Schematic bridge balance circuit and adjustment procedure.  117 ...
  • Page 132: Bridge Balance In The Bath

    User Guide for Axoclamp 900A  Bridge Balance in the Bath  Some investigators like to set Bridge Balance in the bath, before attempting  to impale cells. This is to make it easier to see when a cell has been  penetrated.  Check the Tuning checkbox and set the parameters to –1 nA and 50 Hz.  Observe the Membrane Potential on Scaled Output. Press the Auto Bridge  Balance button; the fast voltage steps seen at the start and finish of the  current step should be eliminated. You may need to manually adjust the  Bridge Balance MΩ value for optimum balance. The MΩ value is the  resistance of the electrode.  Bridge Balance in the Cell  The Bridge Balance should be frequently checked when inside a cell,  because the electrode resistance can drift. While setting Bridge Balance,  Pipette Capacitance Neutralization should also be set (see Capacitance  Neutralization). Both settings can be monitored continuously through the  experiment by injecting a small current step near the beginning of each  data sweep.  It is recommended that Pipette Capacitance Neutralization be set at the  same time as Bridge Balance, because both the electrode capacitance and  the electrode resistance cause errors if left uncompensated. Also, it is easier  to correctly balance the bridge when electrode capacitance is minimized,  because the “break” between the rapidly decaying voltage across the  microelectrode and the slowly decaying voltage across the cell’s membrane  resistance is more distinct.  The balancing procedure is the same as in the bath, except that the trace  appears more rounded because of the time constant of the cell membrane.  Because the Tuning pulse width is typically brief compared with the  membrane time constant, the voltage response looks like a series of   on  ramping straight lines. To make it easier to see the fast voltage step in V an oscilloscope, it is recommended that the scope input be AC coupled to  remove the resting membrane potential from the signal. The scope gain can  118 ...
  • Page 133: Buzz

    Commander Reference  then be turned up without the annoying offset. The MΩ value found by  Bridge Balance is the resistance of the electrode, which may be slightly  higher than the value in the bath because of partial blockage of the tip  during penetration.  The residual transient at the start and finish of the current step is due to the  finite response speed of the microelectrode, which is determined in part by  the capacitance of the electrode. The transient can be minimized by  correctly setting the Pipette Capacitance Neutralization control (see  Capacitance Neutralization). Adjust Pipette Capacitance Neutralization for  the most rapid decay without causing an overshoot.   Buzz  The Buzz button and adjustable field for pulse duration are located at the  bottom of the I‐Clamp tab.  In I‐Clamp mode only, Buzz drives a brief, large current oscillation through  the micropipette. The oscillation is achieved by increasing the Pipette  Capacitance Neutralization by a small amount over the currently set level.  Therefore, it is essential that you set Pipette Capacitance Neutralization to  the correct level prior to using Buzz. If the Pipette Capacitance  Neutralization level is too low, Buzz may fail to activate. Buzz duration can  be set to discrete values between 100 μs and 500 ms. View the duration  options by right‐clicking the field.  Depending on the microelectrode and the preparation, this method can aid  in clearing blocked electrode tips. When used while the tip of the  microelectrode is pressing against the membrane, Buzz may also cause the  micropipette to penetrate the cell. The exact mechanism is unknown, but it  may involve attraction between the charge at the tip of the electrode and  bound charges on the inside of the membrane.  For some small cells a long duration Buzz can be deadly. An appropriate  duration can be found for most cells that is sufficiently long to allow  penetration of the membrane but short enough that the cell is not damaged  after penetration.  119 ...
  • Page 134: Clear

    User Guide for Axoclamp 900A  Clear  The Clear buttons, Clear+ and Clear–, are located in the I‐Clamp tabs.  In I‐Clamp mode only, the Clear+ and Clear– commands drive large  positive and negative current steps, respectively, down the micropipette.  Clear+ delivers a depolarizing current (one that causes a positive shift in  the membrane voltage), while Clear– delivers a hyperpolarizing current  (one that causes a negative shift in the membrane voltage).  Clear is used for two purposes:  Clearing blocked microelectrodes. If the microelectrode resistance in  the bath seems much higher than it should be, the electrode can often  be cleared by rapidly toggling the Clear switch from plus to minus.  Because of the large current passed this should only be done  extracellularly.  Penetrating cells. Sometimes microelectrode tips press against the cell  membrane but fail to penetrate. A quick press on the Clear buttons  will often force the electrode to penetrate. Whether to use a  hyperpolarizing or depolarizing current depends on the preparation  and must be determined by trial and error. Like Buzz, the mechanism  for impalement is unknown.  Clear generates a Sync Output. The meters in Axoclamp Commander are  disabled for approximately 1 second after a Clear command to avoid  overloading the meter inputs.  Configure SoftPanel  The Axoclamp SoftPanel is an optional hardware extension that gives you  control of the Axoclamp 900A from a dials and buttons interface, rather  than with computer keyboard and mouse. Attached to your computer’s  serial or USB port, it has 8 knobs and 8 buttons configurable to control your  choice of Axoclamp 900A Commander functions (or you can use default  settings).   120 ...
  • Page 135: Default Softpanel Settings

    Commander Reference  Having attached a SoftPanel to a port of your computer, you must open the  Select Axoclamp Device dialog box in order for the Axoclamp 900A  Commander to recognize the device. If you have no SoftPanel, or  Axoclamp 900A Commander does not recognize the device, the SoftPanel  tool button is disabled.  Default SoftPanel Settings  See below for the default SoftPanel settings for the Axoclamp 900A.   These settings can be customized to the individual user.    Figure 50. SoftPanel Overlay.  How to Configure SoftPanel  Open the Configure SoftPanel dialog box with the tool button or <F8>.  On each of the I‐Clamp and V‐Clamp tabs, select from the list boxes  the parameter you want to associate with the particular knob or  button.  121 ...
  • Page 136 User Guide for Axoclamp 900A  Besides parameter controls, the buttons on the SoftPanel have a range  of auxiliary functions they can be associated with. Some of these  mimic the functionality of keyboard keystrokes used in association  with glider controls, to increase the sensitivity of other knobs and  buttons on the SoftPanel.   Note: The SoftPanel buttons can also be used to call Quick Select  Buttons.  The options and their functions are:    Option Function Increases the sensitivity of any knob that is adjusted <Shift> while the button is pressed. Increases knob sensitivity to a greater extent than <Ctrl> <Shift>. Increases the parameter that is currently selected in <Page Up>...
  • Page 137: Detect Oscillation

    Commander Reference  The Reset To Program Defaults command sets the SoftPanel to its default  values, as well as all other program settings.  Detect Oscillation  The art of pipette capacitance neutralization is to increase the  neutralization as far as possible without provoking oscillations that may be  harmful to your cell. But no matter how carefully you compensate  capacitance to begin your experiment, it is still possible to experience  oscillations later in an experiment because electrode properties   (e.g., resistance, junction potential) may change over time.   Current Clamp  The Axoclamp 900A provides you with options to protect your cell from  harmful oscillations during a current‐clamp experiment by automatically  disabling or reducing Pipette Capacitance Neutralization.   Use the Detect Oscillation functionality as follows:  Check the Detect Oscillation checkbox, and select the Disable  Neutralization option.  Now, increase the Pipette Capacitance Neutralization until you reach  a value that evokes full‐scale oscillations. The automatic protection  circuit will work quickly to disable the Pipette Capacitance  Neutralization, and several things will happen:  ο To the right of the “Disable…” field, a small icon appears briefly  to display repeated images of a sine wave that is reduced to a flat  line.  ο The Pipette Capacitance Neutralization feature is disabled (box is  unchecked).  ο You hear an audible tone.  123 ...
  • Page 138: Voltage Clamp

    User Guide for Axoclamp 900A  ο A warning message appears to indicate the detection of  oscillations and the disabling of Pipette Capacitance  Neutralization.  To prevent the warning message from appearing again check “Don’t tell  me again” in the warning dialog. Alternatively, go to the Options / General  tab, and uncheck the “Show warning when oscillation suppressed” option.  Instead of disabling Neutralization entirely, you can choose to reduce it  iteratively by 1 pF steps until oscillations are no longer detected.  Voltage Clamp  In voltage‐clamp mode oscillations are suppressed by changing the Gain  setting.     Current Injection Resistor, R The current injection resistor in the headstage is automatically detected and   field at the top of the Headstage tabs. All relevant  displayed in the R parameters in the Commander interface are adjusted based on this value  for the resistor.  Holding  The Holding command is located at the top of both V‐Clamp and I‐Clamp  tabs. It has an on/off checkbox and adjustable field for voltage (V‐Clamp)  or current (I‐Clamp) settings.  The Holding command is available in both voltage‐clamp and current‐ clamp modes.  In voltage‐clamp mode, Holding allows the user to apply a membrane DC  holding potential of ±200 mV.  In current‐clamp mode, Holding allows the user to apply a DC holding  current of:  124 ...
  • Page 139: How To Use Holding

    Commander Reference  ±1000 nA with the 1 MΩ headstage current injection resistor selected.  ±100 nA for the 10 MΩ resistor.  ±10 nA for the 100 MΩ resistor.  Current clamp Holding is disabled if you run Slow Current Injection.  How to Use Holding  Set the voltage (V‐Clamp) or current (I‐Clamp) to the desired value. If,  in I‐Clamp mode, you enter values expressed in units of nA.  Check the Holding checkbox to apply the holding current or potential.  Settings can be adjusted after the command has been activated.  Uncheck the checkbox to stop the holding current or potential.  Keyboard Shortcuts  Hot Keys  Where a command name on the Axoclamp 900A Commander interface has  a letter underlined, pressing the key for that letter will activate (or  deactivate) that command.   Shortcut Keys  The table below has shortcut key combinations for:  Toolbar.  Meters and Mode Selection.  I‐Clamp Tab.  dSEVC and TEVC Tabs.  125 ...
  • Page 140 User Guide for Axoclamp 900A  Adjustable Numerical Fields.  General.    Command Shortcut Toolbar Help Resize Window Always On Top Load Configuration Save Configuration Reset To Program Defaults Select Device Configure SoftPanel Configure Audio Monitor Options Monitor Scope Channel 1 Scaled Output Scope Shift+F11 Quick Select Button #1 Ctrl+1 Quick Select Button #2 Ctrl+2...
  • Page 141 Commander Reference  Headstage 2 TEVC Mode Shift+T Headstage 2 Ext/Auto Mode Switch Shift+A I-Clamp Tab Zero Pipette Offset Lock Ctrl+Alt+L Zero Pipette Offset Ctrl+Alt+P Auto Bridge Balance Lock Ctrl+Shift+L Auto Bridge Balance Ctrl+Shift+B Clear+ Ctrl+J Clear– Ctrl+K Pulse Ctrl+Shift+P Buzz Ctrl+Alt+B Zero Scaled Zero Ctrl+Shift+O (letter) V-Clamp Tab...
  • Page 142: Load Configuration

    User Guide for Axoclamp 900A  As for Arrow commands above, but <Shift+Arrow> with greater increment. As for Arrow commands above, but <Ctrl+Arrow> with greatest increment. Increases value with greater increment: <Page Up> equivalent to <Shift+Up Arrow>. Decreases value with greater <Page Down> increment: equivalent to <Shift+Down Arrow>.
  • Page 143: Mode Switching

    Commander Reference  Configuration files can also be opened with the Quick Select tool buttons or  by using the desktop shortcut command line switch /C[ConfigFileName].  See Save Configuration.  Mode Switching  The Mode Switch checkboxes are located beneath the Mode buttons for  each headstage in the top section of the Commander interface:  When external mode switching is configured, the checkbox label reads  Switch to dSEVC / TEVC on ext input.   When automatic mode switching is configured, the checkbox label  reads Switch to dSEVC / TEVC at threshold.   Checking the Mode Switch when it is configured for external switching  allows you to switch between current‐ and voltage‐clamp modes with a  remote device (e.g., a Clampex digital output) for one channel at a time.  Alternatively, the Mode Switch enables automatic changes from current to  voltage clamp (triggered by the membrane potential crossing a specified  threshold) when this is configured.  Configure Mode Switch behavior on the Options / Auto tab.  Enabling either switching option disables the mode buttons.  Connecting an External Command Signal   input BNC on the  Connect an external digital command source to the  MODE front panel of the Axoclamp 900A and check the Switch to dSEVC / TEVC on  ext input box (but see note 1 below).   Axoclamp 900A now reads:  0 V MODE input as command for current clamp.  129 ...
  • Page 144: Automatic Mode Switching

    User Guide for Axoclamp 900A  4–5 V as command for voltage clamp.   If the Mode Switch checkbox is not labeled Switch to dSEVC / TEVC on ext  input, change it by selecting When external mode logic goes HIGH or When  external mode logic goes LOW in the Switch from I‐Clamp to dSEVC / TEVC  section on the Options / Auto tab.  A step to 2.5 V should be adequate to switch the command, but a setting  greater than 4 V is safer. It is important that there is sharp step between the  two command signals, as a slowly increasing voltage will not be sensed.  Rise time should be less than 20 μs. Input impedance is 12.2 kΩ.  Automatic Mode Switching  Automatic switching from current to voltage clamp, on crossing a  stipulated membrane potential threshold, is configured on the Options /  Auto tab.   When automatic mode switching is configured the Mode Switch label  changes to Switch to dSEVC / TEVC at threshold, but the automatic switching  is not enabled until the checkbox is checked.  Additional Note  Before checking the Switch to dSEVC / TEVC on ext input. checkbox, ensure  that a signal consistent with your actual Commander mode setting is being  received. For example:  If you are in V‐Clamp mode then input at the MODE BNC must be   +5 V before the Switch to dSEVC / TEVC on ext input checkbox is  checked, so that the next input voltage transition to 0 V forces  Commander to change to I‐Clamp mode.   If you are in I‐Clamp mode then input at the MODE BNC must be 0 V  before the Switch to dSEVC / TEVC on ext input checkbox is checked, so  that the next input voltage transition to greater than 4 V forces  Commander to change to V‐Clamp mode.  130 ...
  • Page 145: Monitor Scope

    Commander Reference  Monitor Scope  Monitor Scope <F11> launches a scope window to monitor the effects of  changing the rate glider in DCC or dSEVC mode. In these modes the  Axoclamp 900A repetitively cycles between current passing (through the  electrode) and voltage measuring, at a frequency set by the rate glider.   This button also connects the scope to the Channel 1 scaled output signal  when the <Shift> key is held down. The corresponding shortcut is  <Shift+F11>.  Options  The Options <F10> dialog box has five tabs on which many Commander  parameters are set.  The Options tabs are:  Options / General.  Options / Auto.  Options / Audio.  Options / Quick Select.  Options / About.  Options / General  Use the General tab under the Options <F10> tool button to control the  external command sensitivity of I‐CLAMP and V‐CLAMP COMMAND  inputs, the scaled output lowpass filter type, the output to the SYNC  OUTPUT BNC, view auxiliary headstage information and control other  miscellaneous functions.  131 ...
  • Page 146: External Command Sensitivity

    User Guide for Axoclamp 900A  External Command Sensitivity  Although the Axoclamp 900A Commander provides some simple built‐in  command stimuli (e.g., via the Pulse button), it is expected that most  experiments require more complex stimulus protocols. These must be  supplied by an external pulse generator or a computer program like  pCLAMP. External stimulus commands are supplied to the Axoclamp  900A via the COMMAND BNC on the front panel (one BNC for each  Channel). Note that this is a DC‐coupled input, so be sure that the external  pulse generator is correctly calibrated so that zero volts really correspond  to zero.  In V‐Clamp mode, the purpose of External Command Sensitivity is to scale  down the command signal in order to reduce the effect of noise in the  external pulse generator. There are two settings: 20 mV/V and OFF.  20 mV/V means that a 1 V step applied to the COMMAND BNC appears to  the cell as a 20 mV step; i.e., external commands are divided down by   50‐fold. This setting should be used when you want to minimize noise as  much as possible.   In I‐Clamp mode, the purpose of External Command Sensitivity is to scale  a voltage COMMAND signal into current. For example, 100 nA/V means  that a 1 V step applied to the COMMAND BNC appears to the cell as a  100 nA step injection of current. The Sensitivity setting changes as the value  of the headstage current injection resistor is changed, since the amount of  current that can be injected by the headstage depends on this resistor.   External Command Sensitivity settings are telegraphed to compatible data  acquisition programs.   Additivity of Commands  All command stimuli applied by the Axoclamp 900A are additive. That is,  the external command is algebraically added to Holding, Pulse and Seal  Test or Tuning commands before the sum is applied to the cell.  132 ...
  • Page 147: Lowpass Filter Type

    Commander Reference  Lowpass Filter Type  Choose the type of lowpass filter you want to apply to the Scaled Output,  for each channel in each amplifier mode.  The options are Bessel or Butterworth. Bessel filters are preferred to  Butterworth filters for time‐domain analysis. Butterworth filters provide  lower noise than Bessel filters, but they add considerable overshoot and are  best used for frequency‐domain analysis (i.e., noise analysis).  The selected filter type is displayed in the Scaled Output tabs of the  Axoclamp 900A Commander, at the bottom. Set the filter cutoff frequency  in the adjustable field to the right of the filter type.  See also Scaled Output—Lowpass Filter.   Sync Output  The SYNC OUTPUT BNC on the rear panel of the Axoclamp 900A outputs  a TTL signal (HIGH, 2–5 V; LOW, 0–0.8 V) synchronized with the feature  selected in this section. This can be used to send triggers to an oscilloscope,  data acquisition software, or other equipment.  You can choose to follow internal commands or amplifier mode on either  channel exclusively, or on the channel that is currently selected. A channel  is selected when one of its Mode tabs is uppermost on the main  Commander interface.  Tuning or Seal Test  For the Seal Test and Tuning the TTL output follows the seal test or tuning  pulse, going HIGH at the greater voltage or current phase of the pulse  cycle, and LOW at the lesser phase.   A HIGH output is also generated for the duration of Pulse and Clear  commands. There is no TTL output synchronized with Buzz.  133 ...
  • Page 148: Auxiliary Headstage Information

    User Guide for Axoclamp 900A  Mode  A HIGH output is generated for voltage clamp, and a LOW output for  current clamp and I=0. By including this signal as an extra channel in the  recorded data file sections of data in each mode can be identified and  analyzed separately. This is useful during auto mode switching when  mode changes can be very fast.   Auxiliary Headstage Information  If you are using additional headstages, e.g., bath headstages, connected to  the AUXILIARY HEADSTAGE connections on the rear panel of the  Axoclamp 900A, this section reports the headstage types and the gain they  apply, prior to gain applied with the gain settings in the Axoclamp 900A  Commander interface.   Signals from both auxiliary headstages are available for selection on the  Scaled Output.  Miscellaneous  Other miscellaneous options at the bottom of this dialog are:  Show monitor scope in DCC or dSEVC mode. Enable this checkbox to  automatically start the monitor scope when mode is changed to DCC  or dSEVC.  Show warning when oscillation detected. Enable this checkbox to show an  error message dialog after an oscillation has been detected and  removed.  Show advanced signals in scaled output tabs. Enable this checkbox to  show additional signals from all headstages in the scaled output tabs.   134 ...
  • Page 149: Options / Auto

    Commander Reference  Options / Auto  The Auto tab under the Options tool button has configuration options for  amplifier mode switching and action options for when oscillation is  detected.   Switch to from I‐Clamp to dSEVC / TEVC  Configure amplifier mode switching, for each headstage, for when you  enable the Mode Switching checkbox in the top section of the Commander  interface.   All four major options in this section offer means to trigger a change to  voltage clamp from current clamp. Options for how to trigger a return to  current clamp after a change to voltage clamp are at the bottom of the  section.  Changes are not triggered from I=0 mode.  You can synchronize a TTL output signal to amplifier mode selection, with  Sync Output on the Options / General tab.  When External Input Logic Goes HIGH  Select to change to dSEVC or TEVC when TLL goes HIGH. When this  option is selected, the Mode Switching checkbox is labeled Switch to dSEVC /  TEVC on ext input.  When External Mode Logic Goes LOW  Select to change to dSEVC or TEVC when TLL goes LOW. You must  configure the delay field below the option buttons for this selection. When  this option is selected, the Mode Switching checkbox is labeled Switch to  dSEVC / TEVC on ext input.  135 ...
  • Page 150: Return To Current Clamp

    User Guide for Axoclamp 900A   Threshold Crossing  On Negative‐To‐Positive V Select to automatically change to dSEVC or TEVC when membrane  potential goes over a stipulated threshold value. When this option is  selected, the Mode Switching checkbox is labeled Switch to dSEVC / TEVC at  threshold.   Threshold Crossing  On Positive‐To‐Negative V Select to automatically change to dSEVC or TEVC when membrane  potential falls below a stipulated threshold value. When this option is  selected, the Mode Switching checkbox is labeled Switch to dSEVC / TEVC at  threshold.   You must configure the delay field below for any of these selections and  configure the membrane potential threshold field if you have selected a  threshold option.   Delay Change to Voltage Clamp By  From the time a change to voltage clamp is triggered by any of the four  options above, you can delay the actual change by up to 500 ms in  increments of 2 ms.  Membrane Potential (V ) Threshold  For either of the two membrane potential threshold‐crossing options above,  enter the potential (±200 mV) at which you want the change to voltage  clamp triggered.  Return to Current Clamp  Select a means to return to current clamp following a change to voltage  clamp made with one of the options above.  136 ...
  • Page 151: Options / Audio

    Commander Reference  After  Enter a duration up to 500 s to stay in voltage clamp before returning to  current clamp. This is timed from when the amplifier went into voltage  clamp, not from when the change to voltage clamp was triggered. The  glider increments are 10 ms.  When External Mode Logic Goes LOW  The Axoclamp stays in voltage clamp until a change to LOW mode logic  (0–0.8 V TTL signal) on the MODE BNC.   This option can be selected irrespective of whether an external HIGH logic  signal was used to switch to voltage clamp in the first place, e.g., you might  have switched to voltage clamp using an automatic threshold‐crossing  option. However, you must ensure that when the Axoclamp first switches  to voltage clamp, the external TTL signal is HIGH, so that a change to LOW  triggers a return to current clamp at the correct time.  Manually  The Axoclamp remains in voltage clamp until you change the mode using  the Commander mode buttons.   Options / Audio  The Audio tool button <F9> opens the Audio tab in the Options dialog,  where you can configure audio monitoring of output signals.   Audio output can be monitored by making connections to the Axoclamp  900A in one of three different ways:  1.  Connect the rear panel AUDIO OUTPUT to the Line IN connector of  your computer sound card. This allows the Axoclamp 900A to use the  computer’s speaker.   2.  Connect headphones or remote powered speakers to the front panel  PHONES output or the rear panel AUDIO OUTPUT. This allows  137 ...
  • Page 152: Mute

    User Guide for Axoclamp 900A  dedicated use of the headphones or external speakers by the  Axoclamp 900A.   3.  Connect the Line OUT of your computer sound card to the rear panel  AUDIO INPUT of the Axoclamp 900A, and the rear panel AUDIO  OUTPUT to external powered speakers. This is the same as option 2,  except that now the Axoclamp 900A audio output is mixed with the  computer’s audio output to external speakers.  Warning:  Never connect the computer’s microphone jack to Audio  connectors on the Axoclamp 900A. This could lead to large voltages being  sent to the Axoclamp 900A, with the possibility of causing damage to its  circuitry.  Mute  Check this option to mute the audio monitor.  Volume  Use the slide to set the volume of the audio monitor: right to increase  volume, left to decrease.  Audio Mode  The audio monitor operates in two different modes, which can be used for  different types of recording.  Direct Signal Monitoring  Direct signal monitoring uses a power amplifier that applies the signal  directly to the speaker, thereby allowing signals in the audio bandwidth to  be heard. Each spike is heard as an audible click, and the rate and volume  of clicking is a good indicator of the muscle or nerve activity. This type of  monitoring is frequently used in EMG monitoring or in central nervous  system recording.   138 ...
  • Page 153: Audio Signal

    Commander Reference  Voltage Controlled Oscillator (VCO)  Voltage controlled oscillator (VCO) uses a tone generator whose frequency  depends on the amplitude of the input signal. The oscillator frequency  increases with increasingly positive signals. It is often used for intracellular  recordings, e.g., to monitor a DC signal such as membrane potential. The  default setting for the VCO is 2200 Hz at 0 V ranging to 300 Hz at –100 mV.  In the previous generation of Molecular Devices amplifiers, VCO was  called tone mode.  Audio Signal  Select from the list boxes the output signals you want to listen to with the  audio monitor. You can listen to a different output for each channel in each  mode.  Whether you hear Channel 1 or Channel 2 at any time depends on which  tab is uppermost on the front panel. If a Channel 1 tab is on top, the  Channel 1 output is audible, while Channel 2 output is audible when either  of the Channel 2 tabs is uppermost.  Options / Quick Select  The Quick Select tab under the Options tool button is used to configure the  Quick Select Buttons on the toolbar. Use these buttons to open saved  configurations files (*.acc) of the Axoclamp 900A Commander, or to start  an executable file (*.exe).  To set a Quick Select button use one of the following methods:  On the Quick Select tab, type the file‐path of a saved configuration  (*.acc) or executable (*.exe) file into the field associated with the Quick  Select button that you want to configure. Closing the dialog box links  the button to that file.  139 ...
  • Page 154: Options / About

    User Guide for Axoclamp 900A  Click the Browse button for your chosen Quick Select button, and  navigate to a saved configuration (*.acc) or executable (*.exe) file in  the Open File dialog. Closing the dialog box links the button to that  file.  See Load Configuration; Save Configuration.  Options / About  Access the About tab from the Options tool button in the main toolbar.  This tab contains:  Version information for Axoclamp 900A Commander—important for  you to know when contacting Molecular Devices Technical Support.  Serial number of the Axoclamp 900A that Commander is associated  with, and version information of Controller and DSP Firmware. This  information is automatically displayed.  A link to the Axoclamp 900A Commander Update page at Molecular  Devices web site. Users are advised to check this page at regular  intervals to ensure they have the latest bug fixes, Help updates and  any new features that might be added to Commander between major  version releases.  To help remind you of updates, check the option in this group and set the  number of days (between 7 and 365) for reminder messages to be posted. A  dialog box with a link to the Update page is displayed on startup of  Commander whenever the number of days chosen has passed since you  were last prompted with the reminder.  Output Offset  The Output Offset command is located in the Scaled Output tabs in the  Axoclamp Commander, at the bottom. It consists of an on/off checkbox, a  140 ...
  • Page 155: How To Use Output Offset

    Commander Reference  Zero button and a glider control for manual adjustment following use of the  Zero button.   Output Offset is used to zero the reading of the Scaled Output by removing  the DC voltage. It is useful for recording small signals that are riding on a  large constant offset current or voltage. With the Zero button, it samples  output current or voltage for around 70 ms immediately after pressing, and  then subtracts the value found from subsequent Scaled Output signals. In  most cases it is recommended that Output Offset is not used, as useful  information may be lost. When used, the Zero command is generally  adequate.  Unlike Leak Subtraction or Bridge Balance, Output Offset does not account  for currents or voltages that change as a result of time‐varying command  pulses; it simply provides a constant offset adjustment.  The Zero Output Offset only affects the signal on the Scaled Output. In  other words, the cell is not affected by the Output Offset command. No  other input or outputs are affected.  The offset is reported in mV only. When the Scaled Output is set to read  voltages—in either voltage‐clamp or current‐clamp modes—it gives a  correct reading. When the Scaled Output is set to read current (in either  mode) the reported offset value must be divided by the Scaled Output scale  factor to give the offset in terms of current, e.g., if the Scaled Output scale  factor is 1 V/nA and the Output Offset field reports 2000 mV, the current  offset is 2 nA.  The amount of offset required remains invariant under most changes in the  scaled output gain. When output gain is less than 10, there is ±3000 mV  offset available. If the gain is 10 or greater, there is a limit of ±300 mV.   How to Use Output Offset  Auto  Click the Zero button to automatically calculate and apply an offset value.  The Output Offset checkbox is checked automatically to show the newly  141 ...
  • Page 156: Additional Notes

    User Guide for Axoclamp 900A  calculated offset is being applied. Offset value is displayed in the adjustable  field.  You can fine‐tune the offset value manually after pressing Zero.  Manual  Check the checkbox and then adjust the value to optimize the Scaled  Output signal (but note that Zero is generally used for this command).  Additional Notes  Output Offset can fail if the DC voltage is greater than ±3 V.     Pipette Capacitance Neutralization  Input Capacitance  The capacitance (C ) at the input of the headstage amplifier is due to the  capacitance of the amplifier input itself (C ) plus the capacitance to ground   combined with the  of the microelectrode and any connecting lead (C ). C microelectrode resistance (R ) acts as a lowpass filter for signals recorded at  the tip of the microelectrode. For optimal performance at high frequencies  this RC time constant must be made as small as possible.  Two techniques may be used to increase the recording bandwidth.  Use microelectrodes with the lowest possible resistance compatible  with stable recording, and take steps to minimize the contribution to   by the capacitance of the microelectrode. In practice, this means  using patch electrodes where possible, or using sharp microelectrodes  with minimal capacitance (see Chapter 4, Sharp Microelectrode  Recording).  Electronically neutralize C .  The second approach has been implemented in the Axoclamp 900A in two  ways.  142 ...
  • Page 157: Adjusting Capacitance Neutralization

    Commander Reference    Primary Method for Neutralizing C In some cases the steps discussed above may not be sufficient to decrease  the RC time constant of the voltage‐recording microelectrode, particularly  in situations where high resistance microelectrodes must be used. For this  reason an effective, though less desirable, technique is provided that can  electrically reduce the effective magnitude of C . The technique is known as  “capacitance compensation”, “negative capacitance” or “capacitance  neutralization”. A compensation amplifier at the output of the unity gain  buffer drives a current injection capacitor connected to the input. At the  ideal setting of the compensation‐amplifier gain, the current injected by the   to  injection capacitor is exactly equal to the current that passes through C ground.   Secondary Method for Neutralizing C A special technique is used in the HS‐9A headstage to keep the   from the input amplifier as small as possible. The  contribution to C technique is known as “bootstrapping”. Unity gain feedback is used to  reduce the component of stray capacitance that exists between the amplifier  input and its power supplies and case. Sophisticated circuitry is used to  superimpose the unity‐gain output of the buffer amplifier back onto its   to a constant value,  own power supplies, fixing the voltage drop across C  is  thereby preventing current flow through C . The effective value of C thus reduced to well below its real value. This eliminates the high‐ frequency current loss through the power supply capacitance, thereby  increasing the bandwidth. Since the power supply capacitance is present  whether or not the power supply is bootstrapped, there is no noise penalty  due to implementing this technique.   Adjusting Capacitance Neutralization  Check the Tuning checkbox and choose amplitude (nA) and frequency (Hz)  parameters that result in a sawtooth pattern of about 10 mV amplitude on  “Scaled Output: Membrane Potential”. Carefully increase the Pipette  Capacitance Neutralization value until overshoot just starts to appear in the  step response. This is easiest to see if you have already adjusted Bridge  143 ...
  • Page 158: Limitations Of Capacitance Neutralization

    User Guide for Axoclamp 900A  Balance (see Bridge Balance in this chapter). If you go too far the overshoot  may become a damped oscillation, which may escalate into a continuous  oscillation, killing the cell.  Sometimes the overshoot is difficult to see. In this case, you may prefer to  look at the “Scaled Output: Membrane Potential” trace at high gain on an  oscilloscope, advancing the Pipette Capacitance Neutralization value until  the trace becomes noisy and oscillations seem imminent. It is usually  prudent to reduce the Pipette Capacitance Neutralization setting slightly  from the optimal, in case the capacitance changes during the experiment.  Limitations of Capacitance Neutralization  Use of capacitance neutralization is less desirable than physically  minimizing C , since the neutralizing circuit adds noise to the voltage  signal.   It is important to recognize that the capacitance neutralization circuit is not  more than 90% effective even for ideal microelectrodes. This is because of  the finite frequency responses of the headstage amplifiers and the   does not behave  capacitance neutralization circuit, and also because C  that  ideally as a linear lumped capacitor. Consequently, the amount of C the circuit must neutralize should be kept as small as possible (see Chapter  4, Sharp Microelectrode Recording).  Oscillation Detection and Removal  The Axoclamp 900A supports automatic oscillation detection and removal  when using Pipette Capacitance Neutralization; see Detect Oscillation.   Pipette Offset  The Pipette Offset control is located in the upper right corner of both   V‐Clamp and I‐Clamp tabs. It consists of a Zero button with a padlock  button to “lock” it, and a glider control for manual adjustment following  use of the Zero button.  144 ...
  • Page 159: How To Use Pipette Offset

    Commander Reference  Pipette Offset is used at the beginning of each experiment, when the pipette  is first introduced to the bath, to compensate for potentials caused by  differences in the concentration of bath and pipette solutions.   How to Use Pipette Offset  Introduce the pipette to the bath and click the Zero button. A test pulse  is generated, potential calculated, and offset automatically applied.   The associated padlock button “locks” and the Pipette Offset button is  disabled.  Manual adjustments can be made to the setting following use of the  Zero button. Adjust the glider control until the reading in the current  meter is zero. The allowed range is ±250 mV. The glider control allows  fine adjustments with increments of 20 μV for current clamp.  To reset the Pipette Offset, click on the “locked” padlock button to  “unlock” it, and click the Zero button again. Note the cautionary point  below, however.  Additional Notes  Auto Pipette Offset can fail if the DC voltage is greater than ±250 mV.   To avoid introducing errors, you should not change the pipette offset  after penetrating a cell with a sharp electrode, or after switching from  voltage‐clamp to current‐clamp mode.  Pulse  The Pulse command is located near the bottom of both V‐Clamp and   I‐Clamp tabs. It includes an activation button, and adjustable fields for  pulse amplitude and duration.  Pulse provides a way of generating simple command currents (I‐Clamp)  and command voltages (V‐Clamp). The amplitude and duration of these  can be set in the associated fields.   145 ...
  • Page 160: How To Use Pulse

    User Guide for Axoclamp 900A  More complex command stimuli can be generated by an external pulse  generator or a computer program like pCLAMP.  How to Use Pulse  Set the desired voltage or current Pulse amplitude in the left‐hand  field. If typing in the value in current clamp, use pA.  Set the desired Pulse duration in the right‐hand field. Note that only  certain values are available; right‐click on the field to see these.  Click the Pulse button to activate the pulse.  Additional Notes  Pulse generates a Sync Output.  Quick Select  The three Quick Select buttons can be customized to:  Open saved Configuration files (*.acc) of Axoclamp 900A  Commander.  Run an executable file on your computer or network.   Configure the buttons in the Options / Quick Select dialog box, which you  can access with the toolbar Options button <F10>.   Note: You can configure your SoftPanel to activate Quick Select Buttons.  Configuration Files  Use the first option to have Axoclamp 900A Commander configurations at  your fingertips. Once the buttons are set, clicking on a button opens its  associated configuration (of all Axoclamp 900A Commander settings)  directly into the program.   146 ...
  • Page 161: Executable Files

    Commander Reference  Configuration files can also be opened with the Load Configuration tool  button <F4>.  Executable Files  Use the second option to start any executable file on your computer that  you want to run concurrently with your experiment.  Reset to Program Defaults  Clicking the Reset to Program Defaults <F6> button resets all Axoclamp 900A  Commander options to their default values. Regardless of which mode tab  is on top when this button is clicked, all tabs are reset, including the  SoftPanel.   Resize Window  Resize Window <F2> resizes the Axoclamp 900A Commander interface. It  toggles the interface between three states:  Full display: the whole interface is shown.  Meter panel: only the toolbar, meters and mode buttons are shown.  Manually resized: only enabled if you have resized the interface by  dragging the edges or corners, the program remembers the new sizing  and interface positioning within the window.  Save Configuration  Use Save Configuration <F5> to save all the control settings current at any  time (e.g., the amplifier mode setting, settings for Holding and Pipette  Offset, etc.). These configurations are saved as Axoclamp Configuration  files (*.acc). This allows the user to restore these settings at a later date,  simply by opening the appropriate file.  147 ...
  • Page 162: Scaled Output

    User Guide for Axoclamp 900A  The Save Configuration tool button opens a standard Windows dialog box in  which you can save the current settings configuration.  When naming configuration files it is advisable to not use spaces in the  name. For example, if you want to open a configuration file using a desktop  shortcut command line switch, files with spaces in their names are not  recognized.  Once a configuration has been saved, you can reinstate it by opening the  appropriate file, either with Load Configuration, Quick Select, or by using a  desktop shortcut command line switch.  See Load Configuration.  Scaled Output  The Scaled Output field is located in the lower part of each of the I‐Clamp  tabs and in the dSEVC and TEVC tabs.  The Scaled Output field determines the output signal at the SCALED  OUTPUT BNC. The scale factor displayed beside the signal name is  calculated from the selected output gain and headstage current injection  resistor.  See below for diagram to explain potential‐reading signals.  Voltage Clamp  The signals available in voltage clamp are: TEVC, HIVC, dSEVC, DCC.  Membrane Current  The current measured at the top of the pipette.  Membrane Potential   + V 148 ...
  • Page 163: Current Clamp

    Commander Reference  Membrane Potential includes the effects of pulse commands (such as the  Seal Test), the Holding level, and external commands. Pipette offset is  removed from the signal, but the voltage drop across the pipette is not.   External Command Potential  The command signal input at the COMMAND input BNC.  Auxiliary 1 Potential  Potential from the rear‐panel AUXILIARY HEADSTAGE # 1 connection  (see note below).  Auxiliary 2 Current  Current from the rear‐panel AUXILIARY HEADSTAGE # 2 connection (see  note below).  Current Clamp  The signals available in current clamp are:  Membrane Potential  Membrane Potential includes the effects of pulse commands (such as the  Tuning), the Holding level, and external commands. Pipette offset is  removed and Bridge Balance is applied.  Membrane Current  The current measured at the headstage, including all corrections such as  Pipette Capacitance Neutralization and Bridge Balance.   Command Current  The current sent to the headstage before any corrections have been applied.  149 ...
  • Page 164: Auxiliary Headstages

    User Guide for Axoclamp 900A  External Command Current  Reads the command signal input at the COMMAND input BNC.  Auxiliary 1 Potential  Potential from the rear‐panel AUXILIARY HEADSTAGE # 1 connection  (see note below).  Auxiliary 2 Current  Current from the rear‐panel AUXILIARY HEADSTAGE # 2 connection (see  note below).  Auxiliary Headstages  HS‐2 and VG‐2 headstages can be used as auxiliary headstages at the  AUXILIARY 1 HEADSTAGE and AUXILIARY 2 HEADSTAGE inputs,  typically as headstages for extracellular recordings. The scale factor,  determined by the headstage, is displayed beside the signal name when  connected on the Options / General tab.  Telegraphs  Scaled output signal type, units and scaling factors are telegraphed to  compatible data acquisition programs.  Conditioning the Scaled Output  The following fields below the Scaled Output field set parameters for  conditioning the output signal:  Gain.  Lowpass Bessel or Butterworth Filter.  Highpass Filter.  150 ...
  • Page 165: Highpass Filter

    Commander Reference  The scale factor of the signal when reading current is also affected by the  selected current injection resistor.  Highpass Filter  This option is for measurement of very small signals, e.g., extracellular  voltages in current clamp. It offers highpass filtering from DC to 100 Hz to  minimize the effects of drift and can be applied to the headstage Scaled  Output signal along with the lowpass filter. The Highpass field is located in  the Scaled Output section beneath the V‐Clamp and I‐Clamp tabs. There  are 8 cutoff frequency options offered (right‐click the field to see these).  How To Set Highpass Filtering  Use glider controls or select from the right‐click popup menu to set  the cutoff frequency desired. Filtering begins immediately.  Set the field to DC to bypass this filter.  Gain  Scaled Output Gain is in the Scaled Output section in the lower part of both  V‐Clamp and I‐Clamp tabs. It has one adjustable field determining the gain  value.  Scaled Output Gain determines the amplification of the raw output signal  to the SCALED scaled output BNC, e.g., a gain setting of 2 doubles the  strength of the output signal, of 20 increases it 20×, and so on.  Gain can be set at certain values only; right‐click on the field to see these.  As Scaled Output Gain is altered, the scale factor displayed beside the  signal type in the Scaled Output field is updated accordingly.  How To Set Gain  Use glider controls to adjust the field or right‐click and select the gain  you want. Changes are implemented immediately.  151 ...
  • Page 166: Lowpass Filter

    User Guide for Axoclamp 900A  Additional Notes  Output signal gain is also affected by the headstage current injection  resistor selected.  Scaled Output Gain is telegraphed to compatible data acquisition  programs.  Lowpass Filter  The type of lowpass filter enabled, Bessel or Butterworth, is displayed in  the Scaled Output section in the lower half of both V‐Clamp and I‐Clamp  tabs.   Filter cutoff frequencies are displayed in the adjustable field to the right of  the filter type.  The Axoclamp 900A Commander offers a choice of two different lowpass  filters to the Scaled Output: Bessel or Butterworth. Select these on the  Options / General tab.  Different cutoff frequency settings are available for the two filter types.  Right‐click on the adjustable field to see the options.   Bessel is the default lowpass filter, as it is preferred for time‐domain  analysis.  How To Set the Lowpass Filter  Check you have the correct filter type. To change it go to the Options /  General tab.  Adjust the field value using glider control, or select from the right‐ click popup menu, to set the desired filter cutoff frequency. Changes  apply immediately.  152 ...
  • Page 167: Seal Test

    Commander Reference  Additional Notes  Lowpass filter information is telegraphed to compatible data acquisition  programs.  See Chapter 4 for a background discussion of filtering methods.  Seal Test  The Seal Test controls are located in the top section of the V‐Clamp tab.  In V‐Clamp mode only, Seal Test generates test pulses to be used during  seal formation, or any other time you need a regular input pulse in order to  monitor some parameter in your experimental setup.  You can choose potentials from 0 to ±1000 mV.  Discrete frequency settings between 2 and 5000 Hz are available. View the  options by right‐clicking on the frequency field.  How To Use Seal Test  Set the Seal Test amplitude and frequency fields to the desired values.  Start the Seal Test pulse by checking the checkbox. Pulse parameters  can be changed after Seal Test has commenced.  Uncheck the checkbox to stop Seal Test.  Additional Notes  Seal Test is the voltage clamp analog of Tuning in current‐clamp  mode.  Seal Test generates a Sync Output.   153 ...
  • Page 168: Select Device

    User Guide for Axoclamp 900A  Select Device  The Select Device <F7> tool button opens a dialog box that allows the user  to:  Configure Axoclamp 900A Commander to run either in Demo mode  or connected to an Axoclamp 900A amplifier.  Configure the serial or USB port to which a SoftPanel is connected.   Axoclamp Tab  Demo Mode  Click this button to operate in Demo mode. This allows you to explore  Axoclamp 900A Commander without being connected to an Axoclamp  900A instrument.  Axoclamp Hardware  Click this button to connect the Axoclamp 900A Commander software to  your Axoclamp 900A amplifier. If you want to run more than one  Axoclamp 900A amplifier at a time, simply open a new instance of the  Axoclamp Commander for each amplifier and select which amplifier you  want to control within this dialog.   Scan  Click this button to detect all Axoclamp 900As connected to the computer.  All Axoclamp 900A amplifiers that are connected are listed, even if these  are already under control from another instance of Axoclamp 900A  Commander.  Serial Number  The serial numbers of the Axoclamp 900A amplifiers that Axoclamp 900A  Commander recognizes as physically connected to your computer (after  pressing the Scan button) are displayed in this list box. If there is more than  154 ...
  • Page 169: Softpanel Tab

    Commander Reference  one amplifier, select the one that you want this instance of Axoclamp 900A  Commander to control.   If an amplifier in the list is already controlled by another instance of  Axoclamp 900A Commander, you are not permitted to connect to it. In this  case an error message reports that the Axoclamp has been connected by  another instance of Axoclamp 900A Commander.  Connections can also be automatically established on startup using the  desktop shortcut command line switch /S[SerialNumber]. This option is  useful if you want to connect to more than one Axoclamp 900A amplifier  without manually selecting the correct device each time.   SoftPanel Tab  Use this tab to associate a SoftPanel with Axoclamp 900A Commander.  Scan   Click the Scan button to search all serial and USB ports for SoftPanels.  Results are displayed in the Port field.  Once you have attached a SoftPanel, Axoclamp 900A Commander  automatically attaches it each time you start up, as long as it is plugged in  to your computer.  Port  Identifying numbers for SoftPanels connected to the computer are listed in  this list box (after pressing the Scan button). If there is more than one  SoftPanel attached, select the one you want this instance of Axoclamp 900A  Commander to use, to control the amplifier that is connected to the  instance.   If a SoftPanel in the list is already connected to another instance of  Axoclamp 900A Commander, the dialog reports that it is unavailable.  Different identifiers are used for serial and USB SoftPanels:  155 ...
  • Page 170: Slow Current Injection

    User Guide for Axoclamp 900A  RS232 (serial) SoftPanels are identified by the serial (COM) port to  which they are attached.  USB SoftPanels are identified by a “USB” prefix, and the SoftPanel’s  serial number.  Slow Current Injection  The Slow Current Injection section is in the upper half of the I‐Clamp tab.   In current‐clamp mode you can track a preset membrane potential by  automatically injecting a slow current into the headstage. You must enter  both the membrane potential you want to track, and a time to set the speed  at which current is injected to follow that potential.   Slow current injection cannot be enabled at the same time as current clamp  Holding.   The speed at which current is injected into the cell depends on the current  injection resistor and load as well as the setting in the Time constant field.  The time constant values shown in the glider are correct for the HS‐9A ×1  headstage and the CLAMP‐1U model cell.   Current injection duration is proportional to the resistance of the injection  resistor, i.e., the higher the resistance of the injection resistor the longer it  takes to reach the desired voltage. On the other hand, the current injection  duration is inversely proportional to the load, i.e., the higher the resistance  of the load the faster it reaches the desired voltage. For example, voltage‐ tracking with this feature is slow when the electrode is in the bath, and fast  when in the cell.   In summary:  Injection resistor:  High resistance—slow response.  Load:  High resistance—fast response.  156 ...
  • Page 171: How To Use Slow Current Injection

    Commander Reference  How To Use Slow Current Injection  Set the potential at which to maintain the cell membrane.  Set the time for current injection (see discussion above).  Turn slow current injection on with the checkbox. If the checkbox is  disabled, you must turn off Holding.  Telegraphs  Axoclamp 900A Commander informs other applications (including  Molecular Devices’ pCLAMP in versions 10 and higher) of a range of its  parameter settings. These telegraphs are handled by the program, using the  Windows messaging system. The benefit of this is that no additional  telegraph cabling is required: the computer connection to the Axoclamp  900A transmits all telegraphs.  Axoclamp 900A Commander telegraphs the following state information:  Amplifier mode.  Scaled Output signal type.  Scaled Output Gain.  Scaled Output Lowpass Filter cutoff.  Scaled Output scale factor when the Gain is 1.  Scaled Output scale factor units.  External Command Sensitivity.  Axoclamp 900A Commander application version.  Firmware version—low memory.  157 ...
  • Page 172: Tuning

    User Guide for Axoclamp 900A  Firmware version—high memory.  Amplifier Serial Number.  Third‐party software developers can contact Molecular Devices Technical  Support for details of Axoclamp 900A Commander telegraphs.  Tuning  The Tuning control is located in the top section of the I‐Clamp tab.   In current‐clamp mode only, the Tuning command generates an AC  current that is fed to the electrode. Current amplitude range depends on  the headstage current injection resistor selected:    Injection Resistor Current Amplitude 1 MΩ ±12 µA 10 MΩ ±1.2 µA 100 MΩ ±120 nA Table 8. Headstage current amplitude range.  Frequency settings for Tuning range in discrete values between 2 and   5000 Hz. Right‐click the field to view the options.  How To Use Tuning  Set current amplitude and frequency to the values desired, and then  turn the signal on by checking the checkbox. If typing in the  amplitude, enter the value in pA. Frequency values can be selected  from the right‐click popup menu.   Signal parameters can be adjusted once the command has been  activated.  Uncheck the checkbox to turn off the Tuning current.  158 ...
  • Page 173: Additional Notes

    Commander Reference  Additional Notes  Tuning generates a Sync Output.  Tuning is the current clamp equivalent of Seal Test in voltage clamp.  V‐Clamp Control  Gain  See Detect Oscillation.  Lag  A voltage clamp is a negative‐feedback circuit and as such it requires a 90°  phase shift within the circuit. Ideally this phase shift is supplied by the  capacitance of the membrane. In practice, membranes introduce  significantly less than 90° phase shift (see discussion by Finkel & Gage,  1985).  The frequency response of the voltage‐clamp circuit can be modified by the  Lag control. The voltage‐clamp circuit can thereby be adjusted to  compensate for the non‐ideal phase response of real membranes. The  controls are in the Axoclamp 900A Commander, in the Voltage Clamp  Control section of the TEVC and dSEVC tabs.  Phase lag cuts the high‐frequency gain of the voltage‐clamp circuit. This  can be used to reduce the noise but at the same time it slows the response  and introduces ringing. In the extreme lag position the phase‐control circuit  introduces pure lag.  In some instances no phase lag is required (e.g., with an RC cell model the  best TEVC or dSEVC is achieved when no phase lag is used).   159 ...
  • Page 174: Dc Restore

    User Guide for Axoclamp 900A  How to Use Lag  Lag can be used during voltage clamp to compensate for the frequency  characteristics of membranes that are not well modeled by a parallel  resistance and capacitance. Both the membrane voltage and current step  responses should be improved by using the Lag. If only the membrane  voltage step response is improved it is likely that there is a resistance (R )  in series with the membrane.   In some cases using some lag reduces the current noise during voltage  clamp. See the discussions on each type of voltage‐clamp mode for more  details.  DC Restore  One potential source of a small but variable input leakage current is due to  DC current flow through the dielectric of the capacitor (C ) used for pipette  capacitance neutralization. For example, the pipette potential might be   200 mV (although the experimenter does not see this potential because of  pipette offset compensation). To compensate several microfarads of input  capacitance, the gain of the pipette capacitance neutralization might be 2.  Thus 400 mV would be fed back to C , resulting in 200 mV across this  capacitor. If the dielectric resistance of C  were 10e  ohms, there would be  2 pA through this capacitor. To eliminate this source of leakage current, the DC Restore circuit removes  the DC voltage from across C . There may be a transient shift in the  electrode voltage while the pipette capacitance neutralization is being  adjusted.  160 ...
  • Page 175: Chapter 6: Troubleshooting

    Troubleshooting  Chapter 6: Troubleshooting  It has been our experience at Molecular Devices that the majority of  troubles reported to us have been caused by faulty equipment connected to  our instruments.  If you have a problem, please physically disconnect all instruments  connected to the Axoclamp 900A except for the oscilloscope. Ideally,  remove the Axoclamp 900A from the rack. Work through the Seup and  Tutorials. This can often uncover a problem that is in your setup. If the  problem persists, please call us for assistance.  Another common problem is caused when dirt or corrosion build up in the  headstage connector socket, which can cause unstable current and voltage  offsets. It is important to keep the holders and the headstage inputs clean.  161 ...
  • Page 176: Voltage Clamp Problems

    User Guide for Axoclamp 900A  Voltage Clamp Problems  Some problems and possible causes are listed below.  dSEVC  Symptom:  The V‐Clamp Gain cannot be increased to the level appropriate  to clamp the cell even after adjusting the Pipette Capacitance  Neutralization.  Possible cause:  The microelectrode response may be too slow.  Suggestion:  Try a lower resistance microelectrode such as a patch pipette.   TEVC  Symptom: The voltage clamp becomes unstable even at low gains.  Oscillation is seen on the current trace during voltage steps.  Possible cause:  The inter‐electrode coupling capacitance may be too high.   Suggestion:  Check that the shield between the microelectrodes is correctly  placed and adequately grounded.  Symptom: The voltage clamp is slow to respond. There may also be a DC  error.  Possible causes:  The voltage‐clamp gain is too low.   Suggestions:  Use phase lag if necessary to enable the gain to be increased.  If the problem is present even at maximum clamp gains then the current‐ passing microelectrode is probably blocked. This is most likely to occur  when using high resistance micropipettes. Withdraw the current‐passing  microelectrode, replace it, and try again. Microelectrodes filled with 4 M K‐ acetate or K‐citrate tend to pass current better than KCl filled electrodes.  162 ...
  • Page 177: All Voltage-Clamp Modes

    Troubleshooting  Symptom:  The time‐course of the voltage step is slower than the current  transient. The peaks of the current transients are clipped (have a flat top).   Possible cause:  The current‐passing side of the voltage clamp is saturating.  If this is the case then variation in the gain around its maximum level will  have little effect on the voltage rise time. Most likely the output amplifier is  saturating, but if you are using a virtual ground headstage to measure  current then the saturation may be occurring there.  Suggestions:  If the rise time is adequate and non‐linear capacitive currents  are acceptable, then there is no problem. If the saturation is not acceptable,  then reducing the resistance of the current‐passing microelectrode may  help considerably. If you halve this resistance you halve the output voltage  required to drive the same current. If the problem lies in the virtual‐ground  unit, use another one with higher range.   All Voltage‐Clamp Modes  Symptom:  Unable to offset the voltage microelectrode voltage to zero.  Possible causes:  There may be a break in the connection between the  headstage input and ground, causing the input to float. The capacitance  neutralization circuit may be oscillating.   Suggestions:  Check the electrical continuity and DC stability of the voltage  recording and bath ground electrode holders. Check for bubbles in the  microelectrodes. Observe the voltage signal at a wide bandwidth to check  that the capacitance neutralization circuit is not in oscillation.  Symptom:  Persistent overshoot during a voltage step. High voltage and  current noise. Cannot be “tuned” out.  Possible cause:  If you are using an external voltage command, examine  the command signal on an oscilloscope. The command signal itself may  overshoot during a voltage step. Some D/A converters can also have high  levels of digital switching noise.   163 ...
  • Page 178: Space Clamp

    User Guide for Axoclamp 900A  Suggestions:  Either get another D/A converter or lowpass filter the voltage  command signal. Select the filter cut‐off frequency such that the rise time of   is faster than the rise time of the CHANNEL 1 microelectrode voltage.   signal should not be the limiting factor determining the clamp step  The V  as a way of compensating  response rise time. Never apply filtering to V for performance in the voltage clamp setup—this is a false benefit.   signal. V  may drift several mV/min.  Symptom:  Extraneous noise in the V Possible cause:  The Ag/AgCl pellet or Ag wire in an electrode holder may  be defective.   Suggestions:  Check the DC stability of the various voltage recording and  bath ground electrode holders and replace where necessary.  Symptom:  Time‐course of the voltage step is faster than the current  transient.   Possible causes:  1) A large series resistance or 2) the cell is not isopotential.  The latter is common when you voltage clamp a neuronal soma with an  axon and dendrites attached. The slower components in the current  transient are due to charging of the distributed capacitance of these  processes. In the absence of significant series resistance the voltage  recorded is an accurate representation of the soma potential, but not that in  the processes. Series resistance exaggerates the difference in time course.  Suggestions:  1) Reduce the series resistance (see Series Resistance and, if  using TEVC, Bath Error Potentials in Chapter 4) or 2) if your cell is not  isopotential there is not much you can do short of cutting off or ligating the  processes.  Space Clamp  There is one limitation to the performance of the voltage clamp that cannot  be electrically compensated. This is the deviation of the cell from a sphere  centered on the tip of the voltage‐recording microelectrode. The voltage  clamp is maintained at the tip of the voltage‐recording microelectrode. If all  164 ...
  • Page 179 Troubleshooting  portions of the cell membrane are separated from this tip by equal access  resistance, then the membrane will be uniformly voltage clamped.  However, many cells have processes such as axons, dendrites and filopodia  attached to the cell body (where the microelectrodes are usually located).  The membranes of these processes are separated from the cell body by an  axial access resistance whose value depends on the distance to each portion  of the membrane and the cross section in that region of the cell. Thus there  is a voltage drop across the access resistance that becomes substantial for  distal components of the membrane. Even though the somatic membrane  potential may be well controlled, the axonal or dendritic membrane  potential may be very poorly controlled. In these cases, the time course of  synaptic currents, regenerative currents and measurements of reversal  potentials may be grossly distorted.  As a general rule, the voltage clamp is considered to be acceptable if the  length of the attached axon or dendrites is no more than 0.1 length  constants. (Even this short length will cause significant distortion of fast  currents. See Figure 7 in Rall and Segev, 1985). Calculation of the length  constant for a cell is complicated since it depends on the geometry of the  particular cell under investigation. Some of the common ways to avoid the  problems of poor space clamping are as follows:  Restrict investigations to spherical cells. Many cultured cells are  convenient.  Ligate attached axons. For example, the axon of large molluscan  neurons can be tied off with nylon thread.  Use short segments. For example, short segments (100 μm) of  arteriolar syncytia can be separated from the arteriole by careful  cutting with a razor blade.  Restrict the range of the clamp to a short segment of the cell. This is  the essence of the “sucrose gap” technique sometimes used on axons.  Restrict the measurement to currents that are generated close to the  microelectrodes. For example, the end plate currents in muscle fibers  165 ...
  • Page 180: Noise

    User Guide for Axoclamp 900A  can be well clamped, even though the bulk membrane current is very  poorly clamped.  Noise  To realize optimal noise performance, the user must pay close attention to  noise sources. All potentially contributing noise sources must be  minimized. Specifically, the headstage, the pipette glass, the holder and, in  the case of patch pipettes, the membrane seal contribute significant noise  even under circumstances where extraneous noise pickup from the  environment is negligible. It is absolutely crucial that the entire preparation  be properly shielded, and that hum from power supply, mains and other  sources be negligible.  166 ...
  • Page 181: Chapter 7: Specifications

    Specifications  Chapter 7: Specifications  Functional Specification  Instrument Usage  Unless otherwise specified:   = 20 o  C, 1 hr warm‐up time.  Main Unit  Line voltage: universal 100–240 VAC.   Line frequency: 50–60 Hz.  Power: 30 W (maximum).  Fuse: 5 mm × 20 mm, 250 V, 2A slow.  Case (H × W × L): 4.3” × 19” × 14.3” (109 mm × 483 mm × 363 mm).  Weight: 9.5 lbs (4.3 kg).  Rack use: standard 19” rack‐mount (2U) with handles.  167 ...
  • Page 182: Headstage

    User Guide for Axoclamp 900A  Tabletop use:  bayonet feet.  Headstage  (H × W × L): 0.75” × 0.70” × 2.25” (19 mm  ×18 mm × 57 mm).  Axoclamp 900A Headstages    = 100 MΩ.  HS‐9A ×0.1  unity gain voltage‐follower  R HS‐9A ×1     = 10 MΩ.  unity gain voltage‐follower  R  = 1 MΩ.  HS‐9A ×10   unity gain voltage‐follower  R bath clamp       = 1 MΩ.  VG‐9A ×10   bath clamp       = 0.1 MΩ.  VG‐9A ×100  Ro is the current passing resistor in the headstage.  Output Compliance  CHANNEL 1:  ±12 V in all modes.  CHANNEL 2:  ±12 V in I‐Clamp.  ±180 V in TEVC and HVIC.  Pipette Capacitance Neutralization  CHANNEL 1:  –10 to 35.5 pF in all modes.  CHANNEL 2:  –10 to 35.5 pF in I‐Clamp.  No neutralization on CHANNEL 2 in TEVC and HVIC.  168 ...
  • Page 183: Oscillation Detection And Correction

    Specifications  Oscillation Detection and Correction  Oscillation is detected on membrane voltage of both CHANNEL 1 and  CHANNEL 2.    in I‐Clamp or 80 mV   in voltage clamp at  AC signals > 140 mV frequencies > 4 kHz for longer than 2 ms are defined as an oscillation.  I‐Clamp and DCC  Oscillation correction reduces neutralization by 1 pF. Optionally, it can  reduce neutralization to zero.   SEVC and TEVC  Oscillation correction reduces voltage clamp gain by 2:1. Optionally, it can  reduce gain to minimum.  Sample Rate   600 Hz to 50 kHz (Discontinuous mode).  DCC Mark/Space    30% command 70% settling (Discontinuous mode).    Phase Lag  54 μs to 50 ms (128 steps).  dSEVC Gain    A/V (e.g., 1 to 2500 nA/mV for HS‐9A ×10).  1 to 2500 / R TEVC Gain    20 to 50,000.  169 ...
  • Page 184: Dc Restore

    User Guide for Axoclamp 900A  DC Restore    When selected in TEVC or dSEVC modes, DC restore increases DC  Voltage‐Clamp Gain to ~1,000,000. This means the holding level is restored  to > 99% of the programmed value in < 100 ms.  Buzz    Capacitance neutralization increased by 4 pF for a programmable time   (0.1 ms to 500 ms). This is also available remotely via a tethered buzz box   (> 2.5 V = buzz).     Clear (+/–)  Maximum positive or negative current—manual up to 0.5 s.    Step Activate  Available on each channel, STEP ACTIVATE 1 and STEP ACTIVATE 2  inputs work independently, setting external timing for going between the  holding level and a programmable pulse with external timing up to   50 kHz. External timing is set with a TTL high pulse input to the STEP  ACTIVATE BNC for the duration of the step. The amplitude of the step is  set by the Tuning amplitude in current clamp and by the Seal Test  amplitude in voltage clamp.  Blank Activate    Available on rear panel BLANK ACTIVATE 1 BNC or REMOTE connector.  Used for blanking response to external stimuli on Channel 1 only.  170 ...
  • Page 185: Scope

    Specifications  Scope  The scope is a self‐contained single channel 5 MHz acquisition system with  its own USB plug and a PC software scope. It allows the user to see critical  switched membrane voltage signals during the switching period, which  helps in the setup of neutralization and gain in discontinuous modes (DCC  and dSEVC).  The monitor signals are also available on the rear panel (MONITOR and  SAMPLE RATE BNCs) if the user prefers an analog scope.  Interface: Dedicated USB 2.0 connector.  Acquisition rate: 2 kHz to 5 MHz.  Resolution: 14 bits.  Monitor signal: Raw membrane potential (before sample and hold).  PC display: PC digital scope that is launched whenever DCC or  dSEVC is selected. It can be inhibited and manually launched from  Axoclamp 900A Commander.  Options  Buzz Box    Allows remote buzzing of cells in either channel via long life Hall effect  switches with endurance of more than 1,000,000 operations. Plugs into  REMOTE connector.  Adapter for HS‐2 and VG‐2 Headstages    Allows Axoclamp 2 headstages (HS‐2 and VG‐2) to be used in the  Axoclamp 900A (part number 1‐2100‐0934). Presence of this connector is  automatically detected by Axoclamp 900A Commander and user is asked  to input calibration parameters.   171 ...
  • Page 186: Internally Generated Signals

    User Guide for Axoclamp 900A  Internally Generated Signals  I‐Clamp  Pipette offset: ±200 mV with auto zero.   to R Bridge Resistance: 8 R /100.  Track level: ±1000 mV (slow voltage clamp).  Track speed: Programmable 20 ms to 2 s.   (e.g., 10 μA for HS‐9A ×10).  Test level: Up to ±10/ R Test Frequency: 2 Hz to 5 kHz; includes exact 50 Hz and 60 Hz.   (e.g., 1 μA for HS‐9A ×10).  Holding level: Up to ±1/ R dSEVC   (e.g., 4 μA for HS‐9A ×10).  Test level: Up to ±4/ R Test Frequency: 2 Hz to 5 kHz.   (e.g., 1 μA for HS‐9A ×10).  Holding level: Up to ±1/ R TEVC  Test level: Up to ±1000 mV.  Test Frequency: 2 Hz to 5 kHz.  Holding level: Up to ±200 mV.  172 ...
  • Page 187: External Command Inputs

    Specifications  HVIC    (e.g., 100 μA for HS‐9A ×10).  Test level: Up to ±100/ R Test Frequency: 2 Hz to 5 kHz.   (e.g., 10 μA for HS‐9A ×10).  Holding level: Up to ±10/ R External Command Inputs  I‐Clamp (Channel 1 I‐CLAMP Command BNC)   (e.g., 100 nA/V for HS‐9A ×10).  Command gain: V/10 R dSEVC (Channel 1 I‐CLAMP Command BNC)   (e.g., 100 nA/V for HS‐9A ×10).  Command gain: V/10 R TEVC (V‐CLAMP Command BNC)  Command gain: 20 mV/V.  HVIC (Channel 2 I‐CLAMP Command BNC)   (e.g., 1000 nA/V for HS‐9A ×10).  Command gain: V/ R External Current Outputs (2 off)   V/μA (e.g., 10 V/μA for HS‐9A ×10).  Current gain: R Auxiliary Inputs & Outputs (2 off)  There are two auxiliary connectors that can accept either VG‐9 bath clamps  or HS‐9 headstages. The rear panel 10AUX BNC connectors have a fixed  gain of 10:1.   173 ...
  • Page 188: Scaled Outputs

    User Guide for Axoclamp 900A  HS‐9 Headstages  When HS‐9 headstages are plugged into AUX1 or AUX2 sockets they act as  voltage followers only (cannot pass any current).  Output Calibration: 10 V/V.  Input loading: < 5 pF (un‐neutralized).  Bias current: < 2 pA.  Bath Clamp Headstages  Bath Clamp Headstage plugged into AUX1 or AUX2 sockets.   Clamp Current: 100 μA max for VG‐9A ×100.  Output Calibration: 1 μA/V for VG‐9A ×100. Since there is a fixed gain   of the maximum current but  of 10:1, the BNC output saturates at 1/10 clamp continues to operate up to the maximum specified.  Scaled Outputs  Two identical scaled outputs are provided with front panel output BNCs.  Gain: 1 to 2,000 in 1:2:5 sequence.  Highpass Filter: DC‐300 Hz.  Lowpass Filter: Bessel, 2 Hz to 30 kHz; Butterworth, 3 Hz to 45 kHz.  Output (DC) Offset: Auto zero or manual setting up to ±3 V on gains  < 10 and ±300 mV on gains >= 10.  Metering (4 off)  Resolution: 16 bits.  174 ...
  • Page 189: Audio Monitor

    Specifications  Refresh Rate: 600 ms.  Monitor Signals: All membrane current, voltage and resistances.  Audio Monitor  Outputs: One on rear panel and one on front panel suitable for driving  headphones or powered speakers.  Monitor Signal: Voltage or current from either channel.  Mode: Direct or Voltage Controlled Oscillator (VCO).  VCO: –100 mV ~ 500 Hz, 0 mV ~ 2400 Hz, 100 mV ~ 4000Hz.  Level: Programmable volume up to 1 V .  Output Impedance: 500 Ω (short circuit protected).  Noise: < 1 mV .  Performance Specification  I‐Clamp (Channels 1 & 2)  Internal holding level max:  ±10 nA,  ±100 nA,  ±1000 nA   (depends on headstage).  External command sensitivity:  1, 10, or 100 nA/V (depends on headstage).  DCC (Channel 1)  Internal holding level max:  ±10 nA,  ±100 nA,  ±1000 nA  (depends on headstage).  External command sensitivity:  1, 10, or 100 nA/V (depends on headstage).  175 ...
  • Page 190: Hvic (Channel 2)

    User Guide for Axoclamp 900A  HVIC (Channel 2)  Internal holding level max:    ±0.13–13.0 μA (depends on headstage).  External command sensitivity:  10, 100, or 1000 nA/V (depends on  headstage).  dSEVC (Channel 1)  Internal holding level:      ±200 mV.  AC voltage‐clamp gain:   0.003–30 nA/mV, 0.03–300 nA/mV,   0.3–3000 nA/mV (depends on headstage).  External command sensitivity:  20 mV/V.  Voltage rise time:        250 μs.  :      Current settling time 500 μs to 10% of peak value.  :          Voltage noise 180 μV .  :         ...
  • Page 191 Specifications  External command   sensitivity:            20 mV/V.  Voltage rise time:         60 μs.  Current settling time:      80 μs to 10% of peak value.  Voltage noise:            23 μV rms. Current noise:          70 nA                                                               Model cell with two 1 MΩ resistors to simulate the electrode resistances and a 1 MΩ resistor and 220 nF  capacitor in parallel to simulate the oocyte membrane. Lowpass filter, 10 kHz. Voltage‐clamp gain, 9300;  Lag, 0.019 ms. Adjusted for fastest rise time. HS‐9A ×1 headstage for voltage electrode and HS‐9A ×10 for  current electrode.  177 ...
  • Page 193: Appendix A: References

    References  Appendix A: References  Armstrong, C.M. and Chow, R.H. Supercharging: a new method for  improving patch‐clamp performance. Biophys. J. 52: 133–136, 1987.  Ebihara, S., Shirato, K., Harata, N. and Akaike, N. Gramicidin‐perforated  patch recording: GABA response in mammalian neurones with intact  intracellular chloride. J. Physiol. 484: 77–86, 1995.  Cota, G. and Armstrong, C.M. Potassium channel “inactivation” induced  by soft‐glass patch pipettes. Biophys. J. 53: 107–109, 1988.  Finkel, A.S. and Redman, S.J. Optimal voltage clamping with a single  microelectrode. Voltage and Patch Clamping with Microelectrodes. Smith, T.G.,  Lecar, H., Redman, S.J., Gage, P.W., eds. Williams & Wilkins: Baltimore,  1985.  Furman, R.E. and Tanaka, J.C. Patch electrode glass composition affects ion  channel currents. Biophys. J. 53: 287–292, 1988.  Hamill, O.P., Marty, A., Sakmann, B. and Sigworth, F.J. Improved patch‐ clamp techniques for high‐resolution current recording from cells and cell‐ free membranes patches. Pflügers Arch. 391: 85–100, 1981.  Johnston, D. and Brown, T.H. Interpretation of voltage‐clamp  measurements in hippocampal neurons. J. Neurophysiol. 50: 464–486, 1983.  179 ...
  • Page 194 User Guide for Axoclamp 900A  Purves, R.D. Microelectrode Methods for Intracellular Recording and  Iontophoresis. Academic Press: London, 1981.  Rae, J., Cooper, K., Gates, P. and Watsky, M. Low access resistance  perforated patch recordings using amphotericin B. J. Neurosci. Meth.   37: 15–26, 1991.  Sakmann, B. and Neher, E. Single‐Channel Recording. (Second Edition)  Plenum Press: New York, 1995.  Sherman‐Gold, R., ed. The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics  Laboratory Techniques. Axon Instruments, Foster City, California, 1993.   Yawo, H. and Chuhma, N. An improved method for perforated patch  recordings using nystatin‐fluorescein mixture. Jap. J. Physiol. 43: 267–273,  1993.  Microelectrodes  Purves, R.D. Microelectrode Methods for Intracellular Recording and  Iontophoresis. Academic Press:  London, 1981.  Sachs, F. and McGarrigle, R. An almost completely shielded  microelectrode. J. Neurosci. Meths. 3: 151–157, 1981.  Schwartz, T. I, and House, Randall C. A small‐tipped microelectrode  designed to minimize capacitive artifacts during the passage of current  through the bath. Rev. Sci. Inst. 41: 515–517, 1970.  Suzuki, K., Rohliçek, V. and Fròmter, E. A quasi‐totally shielded, low‐ capacitance glass‐microelectrode with suitable amplifiers for high‐ frequency intracellular potential and impedance measurements. Pflügers  Arch. 378: 141–148, 1978.  180 ...
  • Page 195 References  Single‐electrode Voltage Clamping  Sherman‐Gold, R., ed. Advanced Methods in Electrophysiology. The Axon  Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Techniques. Axon  Instruments, Foster City, California, pages 91–132, 1993.  Sherman‐Gold, R., ed. Instrumentation for Measuring Bioelectric Signals  from Cells. The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory  Techniques. Axon Instruments, Foster City, California, pages 25–80, 1993.  Brennecke, R., and Lindemann, B. Theory of a membrane voltage clamp  with discontinuous feedback through a pulsed current clamp. Rev. Sci.  Instrum. 45: 184–188, 1974.  Edwards, F.A., Konnerth, A., Sakmann, B., and Takahashi, T. A thin slice  preparation for patch clamp recordings from neurons of the mammalian  central nervous system. Pflügers Arch. 414: 600–612, 1989.  Finkel, A.S. Progress in instrumentation technology for recording from  single channel and small cells. Molecular Neurobiology ‐ A Practical Approach.  Chad, J., and Wheal, H., eds. Oxford University Press: New York, pages   3–25, 1991.  Finkel, A.S., and Redman, S.J. A shielded microelectrode suitable for single‐ electrode voltage clamping of neurons in the CNS. J. Neurosci. Meths.   9: 23–29, 1983.  Finkel, A.S., and Redman, S.J. Optimal voltage clamping with a single  microelectrode. Voltage and Patch Clamping with Microelectrodes. Smith , T.  G., LeCar, H., Redman, S.J., and Gage, P.W., eds. Williams & Wilkins:   Baltimore, pages 95–120, 1985.  Hamill, O.P., Marty, A., Sakmann, B., and Sigworth, F.J. Improved patch‐ clamp techniques for high‐resolution current recording from cells and cell‐ free membranes patches. Pflügers Arch. 391: 85–100, 1981.  181 ...
  • Page 196 User Guide for Axoclamp 900A  Hestrin, S., Nicoll, R.A., Perkel, D.J., and Sah, P. Analysis of excitatory  synaptic action in pyramidal cells using whole cell recording from rat  hippocampal slices. J. Physiol. 442: 203–225, 1990.  Johnston, D., and Brown, T.H. Interpretation of voltage‐clamp  measurements in hippocampal neurons. J. Neurophysiol. 50: 464–486, 1983.  Jones, S.W. Whole‐Cell and Microelectrode Voltage Clamp. Neuromethods  14 Neurophysiological Techniques Basic Methods and Concepts. Boulton , Alan  A., Baker, Glen B., and Vanderwolf, Case H., eds. Humana Press:  Clifton,  New Jersey, pages 143–192, 1990.  Levitan, E.S., and Kramer, R.H. Neuropeptide modulation of single calcium  and potassium channels detected with a new patch clamp configuration.  Nature. 348: 545–547, 1990.  Sakmann, B., and Neher, E. Single‐Channel Recording. Plenum Press:  New  York, 1983.  Wilson, W.A. and Goldner, M.M. Voltage clamping with a single  microelectrode. J. Neurobiol. 6: 411–422, 1975.  Two‐electrode Voltage Clamp  Sherman‐Gold, R., ed. Instrumentation for Measuring Bioelectric Signals  from Cells. The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory  Techniques. Foster City, California, pages 25–80, 1993.  Finkel, A.S., and Gage, P.W. Conventional voltage clamping with two  intracellular microelectrodes. Voltage and Patch Clamping with  Microelectrodes. Smith, T.G., Lecar, H., Redman, S.J., and Gage, P.W., eds.  Williams & Wilkins: Baltimore, pages 47–94, 1985.  Taylor, W.R. Two‐suction electrode voltage clamp recording. Methods in  Neurosciences, Vol. 4. P.M. Conn, ed. Academic Press: San Diego, California,  pages 61–77, 1991.  182 ...
  • Page 197: Appendix B: Circuit Diagrams Request Form

    Circuit Diagrams Request Form  Appendix B: Circuit Diagrams Request Form  All the information that you require for operation of the Axoclamp 900A is included in the  operator’s manual. In the normal course of events, the Axoclamp 900A does not require any  routine maintenance. If, for some reason, the headstage is changed, the Axoclamp 900A must  be recalibrated. In anticipation of this, the recalibration procedures are described in the  operator’s manual, and circuit diagrams are not required.  Should you need the circuit diagrams for the Axoclamp 900A, Molecular Devices will be  pleased to supply them to you. However, we caution you that the Axoclamp 900A is a  sophisticated instrument and that service should only be undertaken by talented electronics  experts.   To request a copy of the circuit diagrams and the parts lists, please complete the form at the  bottom of this page and mail it to:  Molecular Devices Corp  Sales Department  3280 Whipple Road  Union City, CA 94587  USA  This form must be completed in full and signed. Telephone orders will not be accepted.  Name of registered owner: ______________________________________________________ Department: _________________________________________________________________ University/Institute: __________________________________________________________   183 ...
  • Page 198 User Guide for Axoclamp 900A  Street address: ________________________________________________________________ City: ______________ State:________ Zip Code: _____________ Country: ______________ Telephone: _____________________________ Fax: _________________________________ Model:  Axoclamp 900A       Serial number:  ________________  Declaration  Please send me the circuit diagrams and parts lists for the Axoclamp 900A. I agree that I will  only use the circuit diagrams and parts lists for service of the Axoclamp 900A. I will not use  them to create equivalent or competing products. If I transfer the circuit diagrams or copies  thereof to someone who is assisting in the service of the Axoclamp 900A, I will ask them to  make the same undertaking that I am declaring herein.  Signature: ____________________________________ Date: _____________________ Name: _______________________________________ Title: _____________________ 184 ...
  • Page 199: Appendix C: Important Safety Information

    Important Safety Information  Appendix C: Important Safety Information  DISCLAIMER  THIS EQUIPMENT IS NOT INTENDED TO BE USED AND SHOULD NOT BE USED IN HUMAN  EXPERIMENTATION OR APPLIED TO HUMANS IN ANY WAY.  WARNING  IF THIS EQUIPMENT IS USED IN A MANNER NOT SPECIFIED BY THE MANUFACTURER, THE  PROTECTION PROVIDED BY THE EQUIPMENT MAY BE IMPAIRED.  Power‐Supply Voltage Selection and Fuse Changing.  Supply Voltage  The Axoclamp 900A can be directly connected to all international supply voltages. The input range is from  100 to 240 V~. No range switching is required. Alternatively, the instrument can be powered by a DC  voltage of 120 to 310 V.  Changing the Fuse  The Axoclamp 900A uses a 250 V~, T2A, 5 × 20 mm fuse.   In the event of fuse failure, disconnect the power cord.  Before changing the fuse investigate the reason for its failure.  To change the fuse:  1.  Disconnect the power cord.  2.  Use a screwdriver or a similar device to rotate the fuse holder counterclockwise.  3.  Replace the fuse with another fuse of the same rating.  4.  Reconnect the power cord.  185 ...
  • Page 200 Important Safety Information  Basic Equipment Setup and Safety  1.  Connections:  Use the included IEC power cord to connect the instrument to a GROUNDED power  receptacle.  2.  Mounting:  Table or rack.  3.  Assembly:  The headstage connects to the instrument through the rear panel, 25 pin D‐sub connector  marked “Headstage”. Power should always be turned OFF when connecting headstages to the main  unit.  4.  Use:  Do not operate this equipment with covers or panels removed.  5.  Cleaning:  Wipe the headstage connector with a damp cloth to clean salt spills. Avoid spilling liquids  on the headstage.    The Teflon input connector should be kept very clean. Effective cleaning can be done by swabbing  carefully with denatured alcohol or deionized water. If possible, avoid the use of Freon since it is  thought to be detrimental to the environment.  Safe Environmental Conditions  1.  Indoor use.  2.  Mains supply fluctuations: not to exceed ±10% of the nominal voltage.  3.  Temperature:  between 5 ºC and 40 ºC.  4.  Altitude:  up to 2000 m.  5.  This instrument is designed to be used under laboratory conditions. Operate in a clean, dry  environment only. Do not operate in a wet or damp environment.  Static Precautions  If you are in a laboratory where static is high (i.e., you hear and feel crackles when you touch things), you  should touch a grounded metal object immediately before touching the headstage.  Shipping the Axoclamp 900A  The Axoclamp 900A is a solidly built instrument designed to survive shipping around the world. However,  in order to avoid damage during shipping, the Axoclamp 900A must be properly packaged.  In general, the best way to package the Axoclamp 900A is in the original factory carton. If this is no longer  available, we recommend that you carefully wrap the Axoclamp 900A in at least three inches (75 mm) of  foam or “bubble‐pack” sheeting. The wrapped Axoclamp 900A should then be placed in a sturdy cardboard ...
  • Page 201 Renseignments Importants  Renseignments Importants   LIMITE DE RESPONSABILITE  CE MATERIEL N’A PAS ETE CONCU POUR DES EXPERIENCES SUR LES ETRES HUMAINS; ET NE  DOIT DONC PAS ETRE UTILISE A CETTE FIN.  ATTENTION  L’EMPLOI DE CE MATERIEL D’UNE MANIERE DIFFERENTE A CELLE SPECIFIEE PAR LE  FABRICANT AFFECTERA LE NIVEAU DE PROTECTION FOURNIT PAR L’APPAREIL.  Sélection du voltage et changement du fusible.  Voltage d’alimentation  Le Axoclamp 900A peut être directement branché sur toutes alimentations comprises entre 100 et 240 V~.  Aucun changement n’est nécessaire afin de sélectioner le voltage de l’appareil. En outre, l’appareil peut être  aussi alimenté en courant continu (DC) de 120 à 310 V.  Changement du fusible  Le Axoclamp 900A emploie un fusible de 250 V~, T2A, 5 × 20 mm.  En cas de rupture du fusible, débrancher la prise de courant.    Avant de changer le fusible, chercher la raison de la panne. Pour changer le fusible:  1.  Débrancher la prise de courant.  2.  A l’aide d’un tournevis ou autre outil de ce genre, faire tourner le support du fusible dans le sens  opposé des aiguilles d’une montre.  3.  Remplacer le fusible par un fusible de même valeur.  4.  Rebrancher la prise de courant.  Installation du matériel et sécurité  1.  Branchement:  Employer le fil electrique IEC fourni pour brancher l’appareil a une prise de courant  comprenant UNE TERRE.   2.  Pose:  Table ou rack.  3.  Montage:  La tête de l’amplificateur (“headstage”) est connectée à l’appareil sur le panneau arrière, par  l’intermediere d’une prise D‐sub à 25 fiches portant l’indication “Headstage”.   4.  Emploi:  Ne pas utiliser ce matériel sans son couvercle et ne pas le couvrir lors de son utilisation.   5. ...
  • Page 202 User Guide for Axoclamp 900A  3.  Température:  entre 5 °C et 40 °C.  4.  Altitude:  jusqu’à 2000 m.  5.  Cet appareil a été étudié pour l’emploi en laboratoire et il doit être situé dans un environnement sec et  propre. Ne pas l’utiliser dans un environnement mouillé ou humide.  Précautions statiques  Le “headstage” peut être maniée sans danger. Cependant, dans un laboratoire avec un niveau élevé  d’electricité statique (c’est‐à‐dire lorsque vous sentez et voyez des décharges électriques), touchez un objet  métallique pour une mise à la terre avant de toucher le “headstage”.  Ne pas d’ébrancher le Axoclamp 900A lors de la manipulation de l’entrée du “headstage”, ceci risque de  déranger son équilibre thermique.  Expédition du Axoclamp 900A Le Axoclamp 900A est un appareil de construction robuste, étudié en vue d’expéditions dans le monde  entier. Cependant, l’appareil doit être correctement emballé pour éviter tout domage pendant son transport.  En général, la meilleure façon d’emballer le Axoclamp 900A est de le mettre dans son carton d’origine. Si  celui‐ci n’est plus disponible, il est recommandé d’envelopper soigneusement le Axoclamp 900A dans au  moins trois inches (75 mm) de mousse ou de feuilles d’emballage à bulles. Le Axoclamp 900A ainsi protégé  devra alors être placé dans un carton solide. Indiquer la mention FRAGILE sur l’extérieur de la boîte ainsi  qu’une flèche vers le haut montrant la position verticale.  Il n’est pas recommandé d’employer des boulettes de mousse pour protéger le Axoclamp 900A. En cas de  chute de la boîte durant son transport, le Axoclamp 900A pourrait se déplacer à l’intérieur et être  endommagé.  Si vous devez expédier le Axoclamp 900A à un autre endroit, ou le renvoyer au fabricant, et si les matériaux  d’emballage nécessaires corrects ne sont pas disponibles, ces derniers peuvent être obtenus chez Molecular  Devices pour un prix minime. Bien que ceci puisse sembler être une dépense que vous pourriez éviter, elle  est cependant insignificante en comparaison à celle que coûterait la réparation d’un appareil endommagé  pendant le transport.  La responsabilité vous incombe de bien emballer l’appareil avant son expédition. Si ceci n’est pas fait, le  transporteur ne pourra pas satisfaire vos réclamation de compensation en cas d’avaries.  188 ...
  • Page 203 Wichtige Informationen  Wichtige Informationen  UNZULÄSSIGE VERWENDUNG  DIESER APPARAT IST NICHT VORGESEHEN, BEI MENSCHLICHEN VERSUCHEN  VERWENDET ZU WERDEN UND AUCH NICHT AN MENSCHEN IN  IRGENDEINERWEISE ANWENDBAR.  WARNUNG  WEN DIESER APPARAT IN EINER ART UND WEISE ANGEWENDET WIRD, DIE  NICHT VOM HERSTELLER SPEZIFISCH ERWÄHNT WIRD, KANN DIE  SCHUTZVORRICHTUNG DES APPARATES BEEINTRÄCHTIGT WERDEN.  Spannungswahl für die Stromversorgung und Auswechseln der Sicherung.  Netzspannung  Der Axoclamp 900A kann direkt an alle internationalen Netzspannungen  angeschlossen werden. Die Eingangsspannung reicht von 100 bis 240 V~. Ein  Umschalten des Spannungsbereichs ist nicht erforderlich. Das Instrument kann auch  mit Gleichstromspannungen von 120 bis 310 V betrieben werden.  Auswechseln der Sicherung  Der Axoclamp 900A verwendet eine 250V~, T2A, 5 × 20 mm Sicherung.  Im Falle des Ausfalls der Sicherung das Netzkabel ausschalten.  Vor dem Auswechseln der Sicherung den Grund für ihren Ausfall untersuchen.  Schritte zum Auswechseln der Sicherung:  1.  Das Netzkabel ausschalten.  2.  Die Fassung der Sicherung mit einem Schraubenzieher oder einem ähnlichen  Werkzeug entgegen dem Uhrzeiger drehen.  3.  Die Sicherung mit einer anderen Sicherung mit gleicher Nennleistung ersetzen.  4.  Das Netzkabel wieder anschließen.  Grundlegende Hinweise zu Installation und Sicherheit der Ausrüstung  1.  Netz‐ und Erdungsanschlüsse: Das Instrument mit dem beigefügten IEC Netzkabel  an einen Erdungsschalter anschließen.  2.  Anbringung: Tisch oder Rahmengestell.  3.  Montage:  Der Vorverstärker (“headstage”) wird über einen mit der Aufschrift  “Headstage gekennzeichneten 25 Pin D‐Unterstecker an der Rückwand des  Instrumentes verbunden.  4.  Gebrauch:  Dieser Apparat darf nicht mit abgenommenen Abdeckungen oder  Platten in Betrieb gesetzt werden. ...
  • Page 204 User Guide for Axoclamp 900A  Der Teflon‐Eingangsstecker sollte in sehr sauberem Zustand gehalten werden. Durch Besprühen mit  Alkohol oder vorsichtigem Abtupfen mit entionisiertem Wasser ist eine wirksame Reinigung möglich.  Die Benutzung von Freon ist nach Möglichkeit zu vermeiden, da diese Substanz als umweltschädigend  angesehen wird.  Umweltsichere Betriebsbedingungen  1.  Verwendung in Innenräumen.  2.  Netzschwankungen:  darf nicht ±10% der Nennspannung überschreiten.  3.  Temperatur: zwischen 5 °C und 40 °C.  4.  Höhe:  bis zu 2000 m.  5.  Dieses Instrument ist für den Gebrauch unter Laborbedingungen vorgesehen. Nur in sauberer, trockener  Umgebung in Betrieb setzen. Nicht in nasser oder feuchter Umgebung in Betrieb setzen.  Schutzmaßnahmen gegen statische Aufladung  Der “headstage” kann normalerweise sicher gehandhabt werden. Falls Sie sich jedoch in einem Labor mit  höher statischer Aufladung befinden (D.h. Sie hören und fühlen beim Berühren von Objekten ein Knacken),  sollten Sie unmittelbar vor dem Berühren der “headstage” ein geerdetes Objekt aus Metall anfassen.  Bei Handhabung des Vorverstärkereingangs sollten Sie die Stromzufuhr zum Axoclamp 900A nicht  abschalten, um das Temperaturgleichgewicht nicht zu stören.  Versand des Axoclamp 900A  Bei dem Axoclamp 900A handelt es sich um ein solide gebautes Instrument, das beim weltweiten Versand  keinen Schaden nehmen sollte. Um jedoch Versandschäden zu verhindern, muß der Axoclamp 900A  ordnungsgemäß verpackt werden.  Im allgemeinen läßt sich der Axoclamp 900A am besten im Originalkarton des Werks verpacken. Ist dieser  nicht mehr vorhanden, empfehlen wir, den Axoclamp 900A vorsichtig in mindestens 75 mm starkem  Schaumstoff oder Bubblepackungen einzuwickeln. Der so eingewickelte Axoclamp 900A sollte dann in  einen festen Pappkarton gesetzt werden. Die Außenseite des Kartons ist mit dem Worten ZERBRECHLICH  (FRAGILE) und einem Pfeil, der auf die Oberseite des Kartons weist, zu kennzeichnen.  Sollte der Karton vom Spediteur fallengelassen werden, besteht eine gute Möglichkeit, daß der Axoclamp  900A innerhalt der losen Schaumstoffkugelverpackung bewegt wird und dadurch beschädigt werden kann.  Wenn Sie den Axoclamp 900A an einen anderen Ort oder zurück ans Werk senden müssen und Ihnen kein  angemessenes Verpackungsmaterial zur Verfügung stehen, kann Molecular Devices Ihnen das geeignete  Verpackungsmaterial gegen eine kleine Gebühr zustellen. Sie mögen dies zwar als unnötige Zusatzkosten  betrachten, doch ist dieser Aufwand im Vergleich zu den Reparaturkosten fur ein während des Transports  beschädigtes Instrument gering.Sie sind selbst für das richtige Verpacken des Instruments vor dem Versand  verantwortlich. Bei einer nicht ordnungsgemäßen Verpackung, die eine Beschädigung zur Folge hat, wird  der Spediteur ihren Schadensersatzanspruch nicht anerkennen. ...
  • Page 205 Importante Informacion sobre la Seguridad  Importante Informacion sobre la Seguridad  ÍMITE DE RESPONSABILIDADES  ESTE EQUIPO NO ESTÁ DISEÑADO PARA USO EN HUMANOS Y NO DEBE USARSE PARA  EXPERIMENTACIÓN O APLICACIÓN EN SERES HUMANOS BAJO NINGUNA CIRCUNSTANCIA.  ADVERTENCIA  SI ESTE EQUIPO SE USA DE MANERA NO ESPECIFICADA POR EL FABRICANTE SE PODRÍA PERDER  LA PROTECCIÓN PROVISTA POR EL EQUIPO.  Selección del suministro de corriente y cambio de fusibles.  Voltaje de entrada  El Axoclamp 900A puede conectarse directamente a todos los suministros de energía. El límite de voltaje va  entre 100 y 240 V~. No es necesario efectuar cambios en el selector. Además, el instrumento puede ser  alimentado a partir de una fuente de corriente continua con voltajes entre 120 y 310 V.  Cambio de fusible  El Axoclamp 900A utiliza un fusible de 250 V~, T2A, 5 × 20 mm.  En el caso de que un fusible falle, desconecte el cordón eléctrico.    Antes de cambiar el fusible investigue la causa de la falla. Para cambiar el fusible:  1.  Desconecte el cordón eléctrico.  2.  Use un destornillador o un dispositivo similar para girar el portafusibles en sentido contrario al de las  manecillas del reloj.  3.  Reemplace el fusible existente con otro de la misma capacidad.  4.  Conecte nuevamente el cordón eléctrico.  Instalación básica y seguridad del equipo  1.  Suministro de corriente y conexión a tierra:  Use el cordón eléctrico IEC incluido para conectar el  instrumento a una toma de corriente CON CONEXIÓN A TIERRA.  2.  Montaje:  Sobre una mesa o en un estante.  3.  Ensamblaje:  El cabezal (“headstage”) se conecta al instrumento en el tablero posterior con el conector de  25 clavijas D‐sub, marcado “Headstage”.  4.  Uso:  No utilice este equipo sin las cubiertas o paneles.  5.  Limpieza:  Limpie el conector del “headstage” con un paño húmedo a fin de quitar los derrames de sales.  Evite derramar líquidos sobre el “headstage”.  El conector de entrada fabricado de Teflon debe mantenerse muy limpio. Puede hacerse una limpieza  efectiva rociando con alcohol o con un algodón humedecido con agua desionizada. En la medida de lo  posible evite el uso del gas freón, puesto que es dañino para el medio ambiente. ...
  • Page 206 User Guide for Axoclamp 900A  Condiciones de seguridad ambiental  1.  Para uso interior.  2.  Fluctuaciones eléctricas en la fuente de suministro:  no deben exceder ±10% del voltaje nominal.  3.  Temperatura:  entre 5 °C y 40 °C.  4.  Altitud:  hasta 2.000 m.  5.  Este instrumento está diseñado para ser usado en condiciones de laboratorio. Debe operarse únicamente  en un ambiente limpio y seco. No lo use en un ambiente húmedo ni mojado.  Precauciones contra la estática  El “headstage” puede manejarse con seguridad, bajo condiciones normales. Sinembargo, si usted se  encuentra en un laboratorio donde la estática es alta (por ejemplo, si escucha y percibe chispas cuando toca  los objetos), usted debería tocar inmediatamente un objeto metálico que esté en contacto con tierra, antes de  tocar el “headstage”.  No apague el interruptor principal del Axoclamp 900A cuando manipule la entrada del “headstage” ya que  esto afectará el equilibrio térmico.  Envío del Axoclamp 900A  El Axoclamp 900A es un instrumento de construcción sólida, diseñado para soportar el transporte a  cualquier parte del mundo. Sinembargo, para evitar los daños que pudieran ocurrir durante su envío, el  Axoclamp 900A debe empacarse adecuadamente.  En general, la mejor manera de empacar el Axoclamp 900A es en la caja original de fábrica. Si ésta ya no se  encuentra disponible, le recomendamos que envuelva cuidadosamente el Axoclamp 900A en una funda o  sábana de espuma o de “empaque de burbujas” con un espesor mínimo de 3 pulgadas (75 mm). El  Axoclamp 900A, envuelto así, deberá colocarse en una caja de cartón resistente. Marque el exterior de la caja  con la palabra FRÁGIL y una flecha que indique la posición hacia arriba.  No recomendamos el uso de bolitas de espuma sueltas para proteger el Axoclamp 900A. Si la caja se cae  accidentalmente durante el transporte, es muy probable que el Axoclamp 900A se desplace dentro del  contenedor con las bolitas de espuma sueltas y se dañe.  Si necesita enviar su Axoclamp 900A a otra localidad, o de regreso a la fábrica, y no posee el empaque  adecuado, Molecular Devices puede enviarle el material necesario por un cargo mínimo. Esto podría  parecerle un gasto superfluo que preferiría evitar, pero es económico comparado con lo que costaría la  reparación de un instrumento que ha sufrido daños durante el envío.  Es su responsabilidad empacar el instrumento adecuadamente antes de enviarlo. Si no lo hace así y resulta  dañado, el transportista no será responsable ni aceptará su reclamo de indemnización.  192 ...
  • Page 207: Appendix D: Polarity Conventions

    Polarity Conventions  Appendix D: Polarity Conventions  Biological Polarity Conventions  Inward Current  Current (carried by positive ions) that flows across the cell membrane, from  the outside surface to the inside surface.  Outward Current  Current that flows from the inside to the outside surface of the cell.  Membrane Potential  The potential inside the cell minus the potential outside the cell:    = V  – V .  Depolarization   (e.g., from –60 mV to +80 mV) caused by a flow of  A positive shift in V inward current.  193 ...
  • Page 208 User Guide for Axoclamp 900A  Hyperpolarization  A negative shift in V .  Axoclamp Polarity Conventions  The conventions described here apply to all amplifiers manufactured by  Molecular Devices.  To prevent confusion, Molecular Devices always uses current and voltage  conventions based on the instrument’s perspective. That is, the current is  defined with respect to the direction of flow into or out of the headstage.  Molecular Devices amplifiers do not have switches that reverse the current  or the voltage command polarities. This prevents forgetting to move the  switch to the correct position. The data are recorded unambiguously and  the correct polarity can be determined during subsequent data analysis.  Positive Current  Current that flows out of the headstage into the electrode and out of the  electrode tip into the cell.  Positive/Negative Potential  A positive/negative voltage at the headstage input with respect to the bath  ground.  With these definitions it is easy to work out the correct polarity for every  recording configuration. For example, in the whole‐cell or outside‐out  patch configuration the electrode tip is on the intracellular face of the cell.  Thus, a negative potential, V , at the headstage input (=electrode interior) is  a negative potential inside the cell. The cell’s membrane potential under   = V  – V  = V  – 0 = V voltage clamp is therefore V . Positive current  flowing out of the electrode must then flow from the inside to the outside  surface of the cell, which means that it is outward current.  194 ...
  • Page 209: Appendix E: Glossary

    Glossary  Appendix E: Glossary    Total input capacitance of the headstage due mainly to the  microelectrode and any connecting cable.    Membrane capacitance of cell.  DCC  Discontinuous current clamp.  dSEVC  Discontinuous single‐electrode voltage clamp.    Sampling rate; rate for switching from current passing to  voltage recording in DCC and dSEVC modes.  G  The average gain during dSEVC.    The instantaneous gain of the controlled current source  during dSEVC.  H  Headstage current gain.    , I Current flow in microelectrode 1, Current flow in  microelectrode 2.    Membrane current flow.  195 ...
  • Page 210 User Guide for Axoclamp 900A  Lag  High‐frequency cut.    Bath electrode resistance.    Intracellular electrode resistance.      Feedback resistor, terminology used interchangeably with R   Current injection resistance.    Resistance in series with membrane.  RMP  Resting membrane potential.    , R Input resistance of cell membrane.  SEVC  Single‐electrode voltage clamp.    Ambient temperature.  TEVC  Two‐electrode voltage clamp.  VC  Voltage Clamp.  VG  Virtual‐ground output attenuation.    Membrane potential recorded by microelectrode 1.  μ  Gain of voltage clamp.  196 ...
  • Page 211: Index

    Index  Index  10AUX Output ........10  Capacitance Neutralization..64, 83, 86,     87, 118, 119, 142, 143, 144  Always On Top ........115  Chamber Design........59  Audio Monitor ......137, 138  Chassis Ground ........10  Audio Output .......... 11  Cleaning  Auto  Headstage ........... 64  Bridge Balance...87, 115, 116, 118, 119,   Clear ...........87, 120  141, 144  Compensation Circuits ......64  Leak Subtraction ......141  Computer  Mode Switching......... 50  Interfacing ...........
  • Page 212 User Guide for Axoclamp 900A  Maximum Gain........94  Holders ............. 78  Minimum Sample Rate..... 94  Ag/AgCl Pellets ......... 80  Noise............ 96  Cleaning ..........81  Series Resistance........ 96  Design..........78    Use ............80  Electrode  Holding ......84, 87, 124, 132  Capacitance ........83  HS‐9A ............10  Chloriding .......... 81  Hum ............ 23, 64   ...
  • Page 213 Index  Output  Configure .......... 120  Filter........... 108  Space Clamp .......... 164  Output Offset......... 140  Sync Output ........11, 133    Overview..........11    Telegraphs..........157  pCLAMP ............ 3  Total Resistance........13  Perfusion ..........60  Troubleshooting ........161  Phase Lag ..........159  Tuning............. 158  Pipette64, 83, 84, 86, 87, 118, 119, 143, 144  Tutorials............ 25  Pipette Offset ......84, 86, 144  Auto Mode Switching .......

Table of Contents